发布时间:2024-09-26 14:46:01 作者 :冶金资讯 围观 : 0次
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在海洋中,每下降10.3米增加一个大气压,马里亚纳海沟底部可达到1000个大气压,足以将潜艇压扁,但是那里依然生活着不少的鱼类。
金属在海底也未必会被压扁,有些沉船是因为破损进水,最后船体内外都是海水,每块钢板内外的压力是比较均衡的,不会立马压扁,不过也会逐渐变形;反而是潜水艇那样的密闭设备,如果潜的过深,内外压力不平衡,超过钢铁能承受的极限后,潜水艇就是被压扁。泰坦尼克号沉没后,至今也没有被压扁,内部空间充满水,成为了海洋生物的乐园。
深海的鱼类与浅海的鱼有很大的不同,首先它们体内没有或者仅有很小的一部分空腔,这就使得它们不需要平衡空腔和海水的压力;其次,深海一些鱼类皮肤透水性较好,海水可以自由出入,生物体内无骨或者有比较薄、韧性比较好的骨头,可以随着海洋压力的变化而改变形状,自由进出的海水,在生物体内外都形成一定压力,压力均衡。
我们经常听说的深海鱼类拿出海面就会立即爆炸的说法并不准确,像拥有上述身体结构的鱼类,体内没有空气空腔,并不会发生爆炸。对它们来说,血液中融氧因为气压降低的析出才是致命的,类似于潜水员过快的从深水处浮上睡眠患“减压症”,造成组织的损伤。
人类游泳通常不建议到50米以下,但人类最深的潜水实际上是300米,这太不可思议了!在那个深度,压力很大,但与更深的深度相比,这算不了什么。很难相信有些生物可以不被压碎而生存下来,有许多鱼类和海洋生物可以在水下3000米处存活!
在海底,人体会在极度的压力下被压碎,我们的耳膜会破裂,我们的肺会充满血液然后不能呼吸,窒息会是瞬间的。事实上,这一系列可怕的事件只会发生在水面下1000米的地方,更不用说在几公里以下的黑暗了。
尽管人类在这些深度的压力面前很脆弱,但是海葵、蠕虫、鱼类、鲸鱼、海豹、螃蟹和成千上万的其他海洋生物能毫不犹豫地承受着压力。虽然这似乎不可能,但请记住压力就是平衡。
当人类潜入水下时,我们感觉到的压力来自于我们体内被压缩的空气。我们的耳朵和鼻窦里有空气,还有肺和血管。水压会很高,导致空气在器官系统和组织中压缩。
然而,水是不可压缩的——这是气体和液体的主要区别之一。鱼体内没有可以压缩的气孔,主要由水组成,所以压力差保持平衡。
然而,鱼类并不是唯一在如此深度发现的生物。一些鲸鱼、海豹和其他鲸目动物能够潜入近3000米的深度。这些生物的肺和血管系统与人类有些相似,这怎么可能?
对于抹香鲸这种可以说是潜水最深的鲸类动物(不到3000米),压力无疑是一个问题,但它们进化出适应深海生活方式的能力。例如,这些深海哺乳生物的肺是完全可压缩的,这意味着它们可以迫使肺中的所有气体进入血液和肌肉,在那里,气体在压力下基本上可以溶解。这些器官已经适应容纳更多的肌红蛋白(肌肉中的储氧蛋白)和血红蛋白。
肺的压缩也阻止了肺泡的气体交换,从而阻止了氮气进入血流,如果人类深海潜水员从很深的地方升得太快,这将导致肺气肿。本质上,当溶解的气体以气泡的形式出现在人类血液中时,这可能是有害的,甚至是致命的。许多深海潜水生物自然学会了如何在水中缓慢上升,像人类一样减压以防止这种痛苦的状况。
如果没有体腔和组织中的气孔,深海生物不再像我们的身体一样容易受到压力的影响。此外,虽然有些生物的耳道中确实有空气(有些甚至在它们的头腔中有鼻窦),但是排列在这些腔中的组织通常是高度柔性的,并且容易膨胀,从而挤出空气并防止压差。
在一定深度以下,具有复杂器官系统的高级生物(除了海葵、蠕虫和某些节肢动物)根本无法生存。允许鱼类潜入7500米深处的是一种叫做氧化三甲胺的特别亲水的物质,这种物质可以防止蛋白质和其他重要分子在强烈的外部压力下在体内变形和压缩。
然而,在更极端的深度,这种分子不再能保护鱼类免受这种基本的生理压力,所以鱼类和海洋生物的深度是有限制的。对于那些确实存在于海底的奇异生物来说,研究是非常困难的,因为当它们被带到海面时,大多数都会因为缺乏压力而死亡。它们的膜是如此独特地适应,以至于除了极端的压力之外,它们不能保持身体的完整性。
深海里水压很大,每下降约10米就增加一个大气压的压力,对于水下上千米的鱼儿来讲,实际上承受了几百来个大气压,这些压强足以把具有空气空腔的坦克和潜水艇压扁,为什么这些鱼儿还能自由的游来游去?
根据达尔文生物演化理论,自然选择是演化的重要推动力,当深海鱼类为了适应深海的环境条件,种群就会发生演化,具有有利变异的鱼类就能够在深海中存活,繁衍并遗传给后代,这些演化要经历很多代,有时会需要长达上百万年的时间。
对于深海鱼类,它们经过长期的演化,鱼类的骨骼变的非常薄易弯曲,肌肉也进化的非常柔韧,同时,鱼类体内的生理组织也充满水分,体内不存在空气空腔,这使得鱼儿的体内与体外压力平衡。
深海鱼不光是体内生理结构的变化,外表与浅水鱼也有明显差别。这是由于深海环境的黑暗,谁也看不见谁,于是深海鱼类一般就放飞自我,有个性的随便长。深海鱼外貌都是丑出天际,这也算是自然进化的副作用吧。
内外压强相等?不存在的,内外压强相等的前提是你要能够承受住那么大的压强才行,上图中左边是1个大气压下的塑料杯,右边是深海1500米也就是150个大气压下的塑料杯,很明显深海1500米对于塑料杯来说,杯内和杯外都是一样的压强,因为它没能承受住那么大的压强而被压扁了。我们能看到一些深海鱼类,动辄生活在深海8000多米的深度,这里相当于800多倍的大气压,相当于北京地铁晚高峰13万倍的压强,换成是人类早被压成肉泥了。
深海鱼能抵抗那么高的压强是因为它们细胞的组成结构和浅水鱼有很大区别。(1)科学家发现深海鱼类细胞膜上镶嵌的蛋白质体积更小,数量更多,从细胞构成上将结构变小,有利于对抗海水压强。(2)深海鱼细胞膜上的磷脂大多都由不饱和脂肪酸来构建的,磷脂的流动性会更高,更舒展,也有利于抵抗高压环境。(3)鱼鳔内的气体容易受到水压压迫,所以深海鱼体内没有鱼鳔。
(4)深海鱼一般体态较为柔软,避免了皮肤和海水对峙,也是对抗高压的一种方式。
人类目前为止发现的最深的海洋生物是在2014年,位于马里亚纳海沟8145米发现的一种软体鱼类。这类深海鱼已经从细胞组成上和浅水鱼有了巨大差异,如果将深海鱼捕捞上岸,由于外部气压太小,细胞内的物质会渗出,深海鱼很快就会死亡。
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