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鲸鱼可以下潜数千米，为何钢铁打造的潜艇反而容易被海水压扁？

深海巨大的压强
海洋占据地球表面总面积的71%左右，海洋中最深的区域为海平面以下11521米的马里亚纳海沟，由于深海压强大、温度低、氧气含量、自然环境异常恶劣，人类对海洋的探测，目前来看总体上还是非常低级的水平，有科学家表示，人类对海洋的认知，还没有对太阳系内的诸多星体熟悉。单拿深海里的压强来说，根据液体压强公式P＝ρgh来推测的话，海平面以下1000米的地方，物体所承受的海水压强就是海平面的近100倍，相当于每平方米承受上百吨物体的重量。所以进行深海探测，如何克服海水巨大压强是一个必须要面临的严峻问题。


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为了探测深海自然环境特征，除了人们放置的使用特殊材料和工艺制作的无人探测器以外，潜艇也是应用较多的一个人造物体。然而，就目前的科学技术而言，一般的潜艇平均下潜深度只有几百米，而一些军事领域的核潜艇下潜深度要大一些，不过也只达到1200米左右，再深的话，潜艇就会受不了，巨大的压力会使潜艇外壳发生塌陷，不但对潜艇结构产生危害，也对潜艇内部的工作人员生命健康产生严重威胁。


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压力平衡问题
相比之下，海洋中的鲸鱼下潜深度则普遍要大一些，特别是对于经常捕食深海中大王乌贼的抹香鲸来说，下潜深度可以超过2000米。说到这里，有些人不禁疑惑了，鲸鱼的肉身在抵抗海水巨大压强方面，为何会比钢铁打造的潜艇要厉害呢？
之所以会产生这个结果，简单来说，就是压力平衡的问题。一个容器、或者在此基础上拓展成一个封闭的系统，只要其边界组成物质的强度够大，理论上这个容器就可以抵挡内部和外部产生的压力差，使得这个封闭系统能够保持相对稳定的状态。一个钢球、一块玻璃、一根铁棒，或者一个装满水的玻璃瓶，如果将它们沉入海底，那么这些物体的表面所受到的向内的海水压力、向外的支持应力一般都会保持一个平衡的状态，物体表面的形状也几乎不会产生肉眼能够观察到的形变。


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潜艇为何不能下潜很深
但是潜艇就不行了，在其正常工作时，其内部必须要保留充分的工作空间和生活空间，在同等深度下，潜艇外部和内部所给予外壳的压强值，与海水和空气的密度成正比，而海水的密度要比空气大得多，所以潜艇下潜得越深，海水给予外壳的压强与内部空气对外壳的压强差值会越来越大，潜艇外壳就越来越倾向于内塌陷。目前，应用到打造大型核潜艇结构的物质为钛合金，而且还会采用双层壳体的结构，这样就极大提升了在不牺牲内部工作性能前提下的下潜深度。虽然如此，1200-1300米从目前来看，已经达到了这种钛合金的耐受极限，毕竟此时潜艇壳体所承受的压力，相当于每平方米100多吨了。


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拿人体这一血肉之躯为例，其实应对深海巨大压强方面显然能动性极差，因为我们无法靠自主调节，来增强体内的压强环境，从而达到内外压力的平衡，所以只能在身体的极限承受阈值范围内进行下潜，目前在无装备加持下的最深下潜纪录为113米，有装备保障条件下的最深纪录为332米，而且还是在经过严格、科学的系统培训下完成的。在陆地上包括淡水中、浅海环境中生活的动物们，一般也都具备深海潜水的能力。


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鲸鱼的身体优势
但是，鲸鱼则不同，在长期的进化过程中，为了适应海洋自然环境，特别是增强深海觅食和捕食能力，在能够达到维持身体内外压力平衡这个目标的生存胁迫下，身体结构发生了明显改变，主要表现为以下几个方面：
一是肺的收缩能力超强。随着下潜深度的增加，鲸鱼肺会发生不同程度地收缩，特别是当下潜到100－200米时，肺泡的大部分空间都已被完全压缩，不再进行气体的交换，也没有了大块区域的空间结构，这样就有效避免产生身体内部巨大的压力差。


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二是肌肉和骨骼的韧性超强。鲸鱼的骨骼非常容易弯曲，特别是对于肋骨、脊椎骨和胸骨来说，其连接处比较灵活和松弛，一方面为有效调节身体行为提供便利条件，另一方面也会随着外界压力的增大而进行收缩，并且有效包裹和保护心、肺等内部重要器官。与此同时，鲸鱼肌肉组织的韧性和弹性演化得很强，这样在抵抗外界巨大压力方面，就会给身体提供足够的缓冲空间，同时鲸鱼的皮肤也异常坚韧，组织内部还充满了体液，这样就能够很好地维持身体内外的压力平衡，不至于对内部产生巨大伤害。

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