为什么鲸鱼可以下潜到两千米的深度?

在鲸鱼潜水的过程中,肺部逐渐收缩,增加了体内的压力,以平衡体内外的压力。

液压/水压

水中的压力与水深有关,p=ρgh。深度每增加10.3米,压力就会增加一个大气压。在1000米的深度,水压高达97个大气压,相当于每平方米承受970吨。

经过漫长的进化,鲸鱼的身体进化出了适应深海潜水的能力,但也有极限。一般鲸鱼只在500米以上的浅水区活动,抹香鲸最高可以下潜到2000米,再深鲸鱼的身体就承受不了了。

军用核潜艇的最大下潜深度一般在300米左右。即使是特种核潜艇,最大下潜深度也有700米,无法与鲸鱼的下潜深度相比。

原因

当鲸鱼潜入深水区时,鲸鱼的肺部大大缩小,内部压力增加以抵抗外部水压,使内外压力平衡,这就是鲸鱼不被压死的原因;然而,鲸鱼体内压力的增加也是有限度的。超过极限后,鲸鱼承受不了。

因为核潜艇需要载人,人体的大气压需要保持在1大气压左右,内部压力没有太大的调整空间。所以随着下潜深度的增加,潜艇内外的压力差越来越大。

核潜艇不具备像鲸鱼那样通过增加内部压力来抵抗深水压力的能力,只能依靠金属结构来硬抗,所以核潜艇的潜水深度非常有限。

但对于科考用深海潜器来说,本身结构简单,采用多层逐级增压的结构设计,可以下潜到10000米的深度。

其他示例

生物常常利用类似的原理来适应高压环境。比如水手亚海沟65438+100000米处的生物,体内充满高压体液,以平衡内外压力。

甚至我们人类也这样做。一个大气压是1.01.325 kPa,相当于每平方米皮肤承受10吨。而我们人体内的压力大约是一个大气压,所以内外压力基本平衡,人体不会被大气压压垮。