海底的压力非常大,金属都能被压扁,为何深海鱼安然无恙?
海洋占据了地球70%以上的表面积,其蕴藏的巨量水资源,既是构成地球大气层中水汽循环的重要组成部分,同时也为地球上生命的诞生和各种生物的发展演化提供了直接或者间接的物质支撑,可以说,如果没有海洋,地球将不会是一颗充满生机的星球。
海洋对于人类来说,虽然与其它地外星体相比距离近在咫尺,但是却与其它地外星体一样,我们仍然有很多未知亟待我们去深入地进行探索。特别是我们对于深海的认知,还几乎处于非常初级的认知范畴,之所以会是这种局面,来源于深海区域异常恶劣的自然环境,比如无边的黑暗、超级的压力、复杂的地貌等等。今天我们就来聊一个比较有意思的问题,那就是深海的压力那么大,金属都能被压扁,为何深海的鱼类却安然无恙。
我们在初中都学过物体在液体中的浮力这一物理现象,浮力的大小等于所排开液体所受到的重力,这也意味着物体无论是处于水的哪个高度,只要是悬浮在水里,其受到的浮力都相同,既等于自身的重力,也等于排开液体受到的重力。但物体在液体中除了受到液体的浮力以及自身的重力以外,还会受到来自各个方向的压力,这就是液体的压力。这个压力的计算公式为P=ρ*g*h,其中ρ为液体的密度,h为受压点距离液面的高度。
通过这个公式我们可以看出,在液体中悬浮或者沉没的物体,其受到的压力,与自身距离液体表面的高度值成正比,所处的位置越深,则液体压力就会越大。比如在水中,每下沉10米,就会一个标准大气压,假如到达地球海洋的最深处-马里亚纳海沟,其深度达到1100个标准大气压,也就是说在这个位置每立方厘米的物体表面,会承受1.1吨物体的重压。
大家都知道潜水艇的工作原理,即根据调节艇的蓄水量来调节自身的重量实现的。根据阿基米德定律(浮性定律),当排开水的体积基本不发生变化之后,通过调节潜水艇自身重量,当浮力大于重力时便会上升,当重力大于浮力时便会下降。
然而,在潜水艇上升或者下降时,根据前面对水压影响因素的分析,艇身下潜的距离越大,其受到海水的压力就会越强,而在潜水艇的内部,为了保障工作人员的身体健康,其内部基本上和地面上的标准大气压差不多,这就造成了潜水艇内外巨大的压力差,因此艇身建造材料的坚固性、耐压性、延展性成为决定着潜水艇性能最重要的决定性因素。比如前不久我国的蛟龙号的下潜至7000多米的深海时,经测量其艇身就缩短了好几厘米,产生了较为明显的形变。
既然金属在深海里都能被压扁,那些深海鱼类能够幸免,其特殊的身体结构势必会抵消或者适应这种极端的状况。首先,深海鱼类没有像潜水艇以及人类身体里那么多的容纳气体的“空腔”结构,这样就在一定程度上减少了身体内外所受到的压力差,很多深海鱼类甚至没有像浅海或者淡水鱼类那样的鱼鳔,或者鱼鳔体积非常小而且发生不同程度的退化。鱼的血管、神经纤维管、消化道等生理系统的支撑结构,所受到的内外压力始终处于一种平衡状态。
第二,鱼的身体结构中的重要支撑单元,比如肌肉和骨骼都异常的柔软,在这一定程度上也为巨大的水压在身体上的作用提供了明显的缓冲,从而避免了鱼体与水压之间正面的“硬扛”,起到了很好的保护作用。这也印证了那句话,就是越是坚硬的东西往往也是最脆弱的,比如牙齿是人体最坚硬的器官,往往也是最容易出问题的,反而不像柔软的舌头那样游刃有余。
第三,组成深海鱼细胞的细胞膜结构比较特殊,一方面蛋白质的结构单元较小,另一方面不饱和脂肪酸的含量较高,有利于海水成分的渗透,以及细胞结构活动空间的加大,在一定程度上也起到了“卸压”和“缓冲”的作用。
第四,深海鱼的皮肤通常都非常薄,有的甚至是一层薄薄透明的膜,这样也非常容易使得外界海水与体内达到一定的压力平衡。
从以上的分析我们可以看出,深海鱼之所以能够适应深海恶劣的环境,得益于它们特殊的身体构造,这是长期适应环境自然选择并且持续进化的结果。由于深海鱼和浅海鱼身体构造的不同,它们在海洋中的栖息环境一般也不会发生重叠,截至目前,科学家们发现生活在海底最深的鱼类,其栖息地距离海平面的数值为8100多米,这里或许就是深海鱼的下潜极限了。
那些被人类捕捞上来的深海鱼,一出海面就可能在短时间内死亡,其主要原因就是其体内环境仍然处于深海的高压状态,从深海到出水所经历的时间太短,以至于还没有适应低压环境,体内的高压使得血管、内脏等重要器官发生急速膨胀甚至爆裂。
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