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為何鋼鐵的潛艇通常只能下潛幾百米,肉身的鯨卻輕松潛入2000米?

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你捏癟一個可樂罐(空的)需要多大勁?大約需要20公斤的力就可以了。而在在2000米深海里,每平方米的物體表面承受的壓力相當于300頭大象站上去的重量。這個重量人瞬間會像空的易拉罐那樣被壓扁。但抹香鯨甩甩尾巴就能潛到這個深度,這個深度什么概念呢?如果你沒學過潛水,那么下潛個四五米你就受不了。


就算是人類造的潛艇——用鈦合金包裹的鋼鐵巨獸——卻連它的四分之一深度都夠嗆能夠承受得了,比如“M級的核潛艇”最大下潛深度只有1200米,其他大多數的潛艇只停留在幾百米的深度上。(深海挑戰者號除外,它能下潛到馬里亞納海溝深度超過1萬米的深度)。

那么,同樣是血肉之軀,抹香鯨為何能做到連鈦合金包裹的核潛艇都無法做到的事情呢?今天我們就來掰開了揉碎了講講,鯨魚和潛艇在深海里到底差在哪兒?


深海壓力:鯨魚的"瑜伽術" vs 潛艇的"硬扛功"

雖然同樣是下潛到深海,但鯨和潛艇完全用到了兩種方式。首先是鯨魚,它有著一身"液態防彈衣"。

鯨魚下潛時,整個身體就像裝滿水的橡皮袋。它們的肺部會主動塌縮到只有原來的1/20大小,把空氣壓縮進鼻竇和氣管里。這時候鯨魚體內幾乎全是液體,而液體有個牛X特性——不可壓縮!所以外部水壓再大,鯨魚內臟也不會像人類潛水員那樣被壓出內傷。


我們來舉個例子:你捏裝滿水的塑料袋,水不會變形,但要如果是袋子里有空氣,一捏就癟了。鯨魚就相當于那個把空氣都排空的塑料袋。

在這種液態防彈衣的加持下,抹香鯨可以輕松潛到2000米,甚至是3000米的深海中,與世界上最大的頭足類動物大王烏賊一決雌雄。


而潛艇則恰恰相反,它是要硬扛深海帶來的壓力,而它最大的致命傷是空心的鐵罐。潛艇設計師們最頭疼的問題就是"空心結構"。想象你拿個易拉罐往深海扔,罐子里要保持1個大氣壓讓人呼吸,外面卻是300個大氣壓的水壓。這個壓差就像300個壯漢從外面同時擠壓罐子,鋁合金外殼分分鐘變形開裂。

我們來看一個真實案例。早在1963年,美國"長尾鯊"號核潛艇在240米深度失事,就是因為一個焊接裂縫導致瞬間內爆,129人全部遇難。這深度連鯨魚平均潛水深度的五分之一都不到。


氧氣管理:鯨魚的"充電寶" vs 潛艇的"漏氣瓶"

其實,決定潛艇和鯨魚下潛深度除了壓力外,還有一個關鍵的因素:氧氣。雖然潛艇不需要氧氣,但是在潛艇里的人是離不開氧氣的,而鯨作為一種水生哺乳動物,它們同樣也不具備魚那樣從水中獲取氧氣的能力,全靠吸入肺和身體的氧氣存活,正是因為這樣,鯨魚每隔一段時間都需要浮到水面上換氣。

不過,在這方面鯨魚明顯是專家級的,因為它是自帶三倍續航的"氧霸"。


抹香鯨在深潛前會在海面上大量的吸入空氣,通過多次深呼吸能吸進2000升空氣,但這些氧氣不是存在肺里,而是通過血液和肌肉"鎖住"。它們的血紅蛋白濃度是人類的3倍,肌紅蛋白含量更是高出10倍,這使得它們的攜氧能力更強,堪稱移動的氧氣銀行。

更絕的是它們的"省電模式":下潛時心率降到每分鐘4次,重要器官進入低功耗狀態。這就好比手機開啟超級省電模式,只剩1%電量還能撐10小時。正是因為這樣,它們才能夠潛入千米深海并且安然無恙地回來。


而潛艇比起抹香鯨來就像是一個背著氧氣罐的"鐵憨憨"。常規潛艇靠蓄電池供電,水下續航最多幾十小時,必須浮上來充電——這在戰時簡直就是活靶子。核潛艇雖然不用換氣,但反應堆需要持續冷卻水循環,在2000米深海低溫環境下,管路分分鐘凍成冰棍。

在這里再給大家普及一個冷知識,俄羅斯"臺風級"核潛艇為了給艇員供氧,每天要消耗200公斤過氧化鈉。這玩意遇到水蒸氣就釋放氧氣,但控制不好就會......BOOM!


身體結構:鯨魚的"橡皮筋" vs 潛艇的"鐵疙瘩"

鯨魚雖然是血肉之軀,但同時它也是深海里的"軟體動物",為什么這么說呢?你以為鯨魚骨頭很硬?錯!它們的肋骨之間充滿彈性軟骨,胸骨甚至可以像彈簧一樣收縮。下潛時胸腔塌陷,上岸后又能自動復原,這材質放人類世界就是記憶金屬啊。

再看那20厘米厚的鯨脂層,這可不是單純保暖用的。它能溶解氮氣防止減壓病(相當于自帶防醉駕系統),還能像氣球一樣調節浮力——吸滿油時上浮,排出油時下沉。


而潛艇最大的“死穴”是焊接縫。潛艇最脆弱的地方不是鋼板,而是那些密密麻麻的焊接縫。HY-80特種鋼聽著厲害吧?但在600米深度,焊縫承受的壓力相當于在指甲蓋上站一頭藍鯨。更可怕的是金屬疲勞——就像反復彎折回形針,看著沒壞其實內部已經布滿裂紋。

其次是成本問題。蘇聯用鈦合金造潛艇能下潛1000米,但焊接要在純氬氣環境里進行,焊工得穿宇航服作業,造一艘潛艇的焊接成本夠買10架戰斗機。

最后是終極對決:5千萬年進化 vs 200年科技比拼。我們先來看鯨魚的"滿級裝備",可變形骨骼:像橡皮泥一樣隨壓力改變形狀;智能減壓系統:慢速上浮時,鯨脂逐步釋放溶解的氮氣;全海深感知:能用額頭的脂肪層發射聲波,在漆黑深海精準定位獵物;

當然,人類聰明的大腦能研究明白鯨深潛的秘密,自然會用到各種仿生,從而達到動物具有的能力,比如機械鯨脂:MIT研發的仿生材料,受壓時會像肌肉一樣變硬。而且最新研究發現,深海琵琶魚的骨骼空隙率達70%,這種結構啟發了3D打印仿生潛艇外殼。而抹香鯨頭部的"Spermaceti器官"能精密調節浮力,科學家正據此研發"量子浮力控制器"。

但有個扎心現實:我們花30年造的萬米潛水器,續航時間才6小時;而柯氏喙鯨每天要在3000米深海待10小時找吃的。看來在深海生存這事,五千萬年進化的"老司機"還是比人類更會玩。


最后

看著抹香鯨在2000米深海悠閑地捕食大王烏賊,再瞅瞅人類潛艇在500米深度戰戰兢兢的樣子,不得不感嘆:有時候"硬剛"不如"認慫"。或許未來的深海探測器會長出仿生鯨脂、裝上軟骨關節,學會像生命一樣柔軟——畢竟在深海這個考場,鯨魚已經交了滿分答卷,而人類的科技大考,才剛剛開始。

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