你捏癟一個(gè)可樂(lè)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(dāng)于300頭大象站上去的重量。這個(gè)重量人瞬間會(huì)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(gè)深度,這個(gè)深度什么概念呢?如果你沒(méi)學(xué)過(guò)潛水,那么下潛個(gè)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?jí)騿苣軌虺惺艿昧耍热纭癕級(jí)的核潛艇”最大下潛深度只有1200米,其他大多數(shù)的潛艇只停留在幾百米的深度上。(深海挑戰(zhàn)者號(hào)除外,它能下潛到馬里亞納海溝深度超過(guò)1萬(wàn)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(wú)法做到的事情呢?今天我們就來(lái)掰開(kāi)了揉碎了講講,鯨魚(yú)和潛艇在深海里到底差在哪兒?
深海壓力:鯨魚(yú)的"瑜伽術(shù)" 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(yú),它有著一身"液態(tài)防彈衣"。
鯨魚(yú)下潛時(shí),整個(gè)身體就像裝滿水的橡皮袋。它們的肺部會(huì)主動(dòng)塌縮到只有原來(lái)的1/20大小,把空氣壓縮進(jìn)鼻竇和氣管里。這時(shí)候鯨魚(yú)體內(nèi)幾乎全是液體,而液體有個(gè)牛X特性——不可壓縮!所以外部水壓再大,鯨魚(yú)內(nèi)臟也不會(huì)像人類潛水員那樣被壓出內(nèi)傷。
我們來(lái)舉個(gè)例子:你捏裝滿水的塑料袋,水不會(huì)變形,但要如果是袋子里有空氣,一捏就癟了。鯨魚(yú)就相當(dāng)于那個(gè)把空氣都排空的塑料袋。
在這種液態(tài)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(dòng)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(lái)的壓力,而它最大的致命傷是空心的鐵罐。潛艇設(shè)計(jì)師們最頭疼的問(wèn)題就是"空心結(jié)構(gòu)"。想象你拿個(gè)易拉罐往深海扔,罐子里要保持1個(gè)大氣壓讓人呼吸,外面卻是300個(gè)大氣壓的水壓。這個(gè)壓差就像300個(gè)壯漢從外面同時(shí)擠壓罐子,鋁合金外殼分分鐘變形開(kāi)裂。
我們來(lái)看一個(gè)真實(shí)案例。早在1963年,美國(guó)"長(zhǎng)尾鯊"號(hào)核潛艇在240米深度失事,就是因?yàn)橐粋€(gè)焊接裂縫導(dǎo)致瞬間內(nèi)爆,129人全部遇難。這深度連鯨魚(yú)平均潛水深度的五分之一都不到。
氧氣管理:鯨魚(yú)的"充電寶" vs 潛艇的"漏氣瓶"
其實(shí),決定潛艇和鯨魚(yú)下潛深度除了壓力外,還有一個(gè)關(guān)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(kāi)氧氣的,而鯨作為一種水生哺乳動(dòng)物,它們同樣也不具備魚(yú)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?yàn)檫@樣,鯨魚(yú)每隔一段時(shí)間都需要浮到水面上換氣。
不過(guò),在這方面鯨魚(yú)明顯是專家級(jí)的,因?yàn)樗亲詭独m(xù)航的"氧霸"。
抹香鯨在深潛前會(huì)在海面上大量的吸入空氣,通過(guò)多次深呼吸能吸進(jìn)2000升空氣,但這些氧氣不是存在肺里,而是通過(guò)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(qiáng),堪稱移動(dòng)的氧氣銀行。
更絕的是它們的"省電模式":下潛時(shí)心率降到每分鐘4次,重要器官進(jìn)入低功耗狀態(tài)。這就好比手機(jī)開(kāi)啟超級(jí)省電模式,只剩1%電量還能撐10小時(shí)。正是因?yàn)檫@樣,它們才能夠潛入千米深海并且安然無(wú)恙地回來(lái)。
而潛艇比起抹香鯨來(lái)就像是一個(gè)背著氧氣罐的"鐵憨憨"。常規(guī)潛艇靠蓄電池供電,水下續(xù)航最多幾十小時(shí),必須浮上來(lái)充電——這在戰(zhàn)時(shí)簡(jiǎn)直就是活靶子。核潛艇雖然不用換氣,但反應(yīng)堆需要持續(xù)冷卻水循環(huán),在2000米深海低溫環(huán)境下,管路分分鐘凍成冰棍。
在這里再給大家普及一個(gè)冷知識(shí),俄羅斯"臺(tái)風(fēng)級(jí)"核潛艇為了給艇員供氧,每天要消耗200公斤過(guò)氧化鈉。這玩意遇到水蒸氣就釋放氧氣,但控制不好就會(huì)......BOOM!
身體結(jié)構(gòu):鯨魚(yú)的"橡皮筋" vs 潛艇的"鐵疙瘩"
鯨魚(yú)雖然是血肉之軀,但同時(shí)它也是深海里的"軟體動(dòng)物",為什么這么說(shuō)呢?你以為鯨魚(yú)骨頭很硬?錯(cuò)!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(shí)胸腔塌陷,上岸后又能自動(dòng)復(fù)原,這材質(zhì)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?dú)夥乐箿p壓病(相當(dāng)于自帶防醉駕系統(tǒng)),還能像氣球一樣調(diào)節(jié)浮力——吸滿油時(shí)上浮,排出油時(shí)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(tīng)著厲害吧?但在600米深度,焊縫承受的壓力相當(dāng)于在指甲蓋上站一頭藍(lán)鯨。更可怕的是金屬疲勞——就像反復(fù)彎折回形針,看著沒(méi)壞其實(shí)內(nèi)部已經(jīng)布滿裂紋。
其次是成本問(wèn)題。蘇聯(lián)用鈦合金造潛艇能下潛1000米,但焊接要在純氬氣環(huán)境里進(jìn)行,焊工得穿宇航服作業(yè),造一艘潛艇的焊接成本夠買10架戰(zhàn)斗機(jī)。
最后是終極對(duì)決:5千萬(wàn)年進(jìn)化 vs 200年科技比拼。我們先來(lái)看鯨魚(yú)的"滿級(jí)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(tǒng):慢速上浮時(shí),鯨脂逐步釋放溶解的氮?dú)猓蝗I罡兄耗苡妙~頭的脂肪層發(fā)射聲波,在漆黑深海精準(zhǔn)定位獵物;
當(dāng)然,人類聰明的大腦能研究明白鯨深潛的秘密,自然會(huì)用到各種仿生,從而達(dá)到動(dòng)物具有的能力,比如機(jī)械鯨脂:MIT研發(fā)的仿生材料,受壓時(shí)會(huì)像肌肉一樣變硬。而且最新研究發(fā)現(xiàn),深海琵琶魚(yú)的骨骼空隙率達(dá)70%,這種結(jié)構(gòu)啟發(fā)了3D打印仿生潛艇外殼。而抹香鯨頭部的"Spermaceti器官"能精密調(diào)節(jié)浮力,科學(xué)家正據(jù)此研發(fā)"量子浮力控制器"。
但有個(gè)扎心現(xiàn)實(shí):我們花30年造的萬(wàn)米潛水器,續(xù)航時(shí)間才6小時(shí);而柯氏喙鯨每天要在3000米深海待10小時(shí)找吃的。看來(lái)在深海生存這事,五千萬(wàn)年進(jìn)化的"老司機(jī)"還是比人類更會(huì)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(zhàn)戰(zhàn)兢兢的樣子,不得不感嘆:有時(shí)候"硬剛"不如"認(rèn)慫"。或許未來(lái)的深海探測(cè)器會(huì)長(zhǎng)出仿生鯨脂、裝上軟骨關(guān)節(jié),學(xué)會(huì)像生命一樣柔軟——畢竟在深海這個(gè)考場(chǎng),鯨魚(yú)已經(jīng)交了滿分答卷,而人類的科技大考,才剛剛開(kāi)始。
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