马里亚纳海沟1.1万米深度处的水压会有多么恐怖?
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近日,载有3名潜航员的我国全海深载人潜水器“奋斗者”号在西太平洋马里亚纳海沟成功坐底,深度10909米,刷新了我国载人潜水的最大深度。
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“奋斗者”号下潜至万米深处,水压超过110兆帕,这相当于2000头非洲象踩在一个人的背上,它首先面临的是超强高压。在整个潜水器中,球形驾驶舱是整个结构中承受压力最大的,舱体材料则是使用的超高强度钛合金,而且此次“奋斗号”相比之前的“蛟龙号”,舱体材料是中国自主研发的全新高强高韧耐海水腐蚀钛合金。
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马里亚纳海沟的一万多深的水压有多大?
根据压强计算公式P=ρgh=1000kg/m3×9.8N/kg×11000m=107800000pa,大约等于1.1亿帕的压力,而我们所生活的环境中大气的压强大约为101Kpa,也就是万米水深压强的千分之一,可能大多数人对压强的概念并不是很清晰,在这里可以做一个简单的对比就知道这个压强有多恐怖。
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历史上,有一个马德堡半球试验,当时在马德堡市长将两个直径为37厘米的两个半球贴合,并将中间的大气抽走,最后让16匹马用力拉才勉强拉开。而这将两个球紧紧压住的压力就是大气压产生的,从当初这个经典的试验中我们就能看出大气压威力。
那为什么我们感受不到大气压在压迫我们的身体呢?其实,在正常的大气环境中,大气压之间始终是处于平衡状态。而需要通过呼吸循环的人类和动物们都是一致的,那就是通过空气的交流,使得身体与外界是相通的,内外的压强保持着一个平衡的状态,因此我们就感受不到气压压迫我们的身体。
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但是潜水就不一样了,当人类每下潜十米的水深,就会增加一个大气压的压力,而我们体内的初始压强为一个大气压的大小,当我们下潜入水时,外界压强就会增大,内外压强不一致,于是我们的身体就会直接感受到压力,这部分压力一部分通过我们身体的力量来抵抗,另一部分由于身体被压缩导致身体内部气压上升来抵抗。目前人类在没有任何装备的情况下,最大的下潜深度为100米左右,(当然也有法国潜水员无装备极限纪录的113米之说),这个深度产生的压力已经是人类能够承受的极限。
在马里亚纳海沟的一万米以下水底,大概每平方厘米就会产生一吨的压力,一个成年人的身体平均表面积为1.6平方米,也就是说在那个深度,我们的身体需要承受住16000吨重的压力,而目前成年的非洲象的最大重量为6吨左右,如果有2500头上的非洲象同时站在你的背上是什么样的感觉?
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那有人说了,为什么人下潜到100米以下已经是极限了,那海底数几千米深的水中生活的鱼类们怎么没有被压成鱼饼?其实这还是忽视了生存环境的问题。人类是在正常陆地大气压中生活的,呼吸循环的体内外气压只能是正常大气压水平;而淡水深处甚至深海中的鱼类天生就生活在水中高水压的环境中,拿海洋中最擅长深潜的鲸类——抹香鲸为例,它有一个非常强大的肺,在向深海游动时,肺部吸入大量海水的同时,收缩肺部,增大体内压强来抵抗外部不断增大的压强,从而达到深海潜行的目的。加之生物的长期进化和适应过程,抹香鲸可以下潜到2000米深的深海区域。
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在深海8000多米的海底,人类通过载人深潜器发现过大量的生物生活在永不阳光的海底,甚至还有鱼类。而在这片阳光和人类无法触及的区域里,水强已经强大到极其变态的水平,在这个海底区域,几乎已经看不到完整的石块,因为这些固体石块在沉入海底时基本就已经被强大的水压压得粉碎。但是,这么多生物还是在勉强的生存着,它们的身体内甚至都已经没有骨骼或者只是拥有极薄的骨骼,身体基本都是软体组织构成,能够让水更易透过,从而使体内外保持相同的压强。这些动物由于进化出特殊的身体结构,通过增加身体水分的流通性使深海的外压能够转变为内压,形成一个压力平衡从而安全地生活在深海处。
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