如果将手伸入装满水的水箱中,您会感到压力越来越大,手下沉水箱的速度也会减慢。
由此看来,如果将一块砖头扔进海底,它的下沉速度会随着压力的增加而降低。
模拟画面
这让人很好奇,造成这种情况的原理是什么?
据相关人士透露,这是是由水和砖块的密度决定的。
如果砖块的密度大于水的密度,砖块就会沉入海底;如果砖的密度小于水的密度,那么砖就不会沉入海底。
那么,马里亚纳海沟的环境到底怎么样呢?难不成沟里水的密度超过了砖头?砖块下沉的速度是多少,这个过程需要多长时间?马里亚纳海沟中的人类未来何去何从?如果有人真的把一块砖头扔进马里亚纳海沟,它会沉入海底吗?
马里亚纳海沟又名耀明海沟,位于北纬11°20′,东经142°11.5′
马里亚纳海沟深处的环境
地球是一颗充满生物的星球智能生命,其海洋面积占71%,自然界中还有许多神秘的事物等待着我们去探索。
不过,探索深海并不容易。
对地理有一定了解的朋友都知道,马里亚纳海沟是迄今为止世界上人类探测到的最深的海沟。
位于菲律宾东北部,太平洋底部,靠近马里亚纳群岛。沟渠长2550公里,呈弧形,平均宽度约70公里。
地图上马里亚纳海沟周围深海的压力
非常强。一个人去到深海,很有可能被压成肉饼。
在千米外的海水中,你可能会遇到鱼类、章鱼、抹香鲸等熟悉的海洋生物。
在2000到3000公里深的海水中,你还可能会发现交配方式非常“奇葩”的鮟鱇鱼。
又名“电鱼”,是一种生活在海洋中的奇形怪状的鱼。
在更深的海底,已经很少见到海洋生物了。
深海通常是高压、黑暗、寒冷的世界,食物匮乏,环境恶劣。
正常情况下,的温度只有2摄氏度左右,没有任何生物存活。
马里亚纳海沟平均深度超过8公里,目前海沟最深处已达11034米。
很多人可能不明白这是什么概念。以被公认为世界最高峰的珠穆朗玛峰为例,其海拔高度为8848米。我们还需要下潜2000多米才能看到珠穆朗玛峰的山顶。
山体呈巨型金字塔形状,地势极其陡峭
随着海洋深度的增加,压力也会增加。因此,一般人只能下潜几十米,深入海底需要特殊的装备。
海洋每深10米,水压就会增加一个大气压。水越深,压力越大,连金属都会被压扁。
玛利亚海沟是太平洋的最深处,最深处超过11000米。
按照平均每增加10米压力的标准,11000米以上海底深度的水压约为1060个大气压。
很多人可能不明白这种压力有多大。相当于每平方厘米一吨压力。人类无法承受巨大的气压。
气压由著名的马格德堡半球实验证明。
马里亚纳海沟中的砖块发生了什么变化?
物体在海水中的状态是漂浮在水面还是沉入海底,的决定因素是物体本身的密度和海水的密度。
当它的密度小于水的时候,物体就会浮在水面上,船就是这样的物理原理。
即使是密度远高于液体的钢材,也可以通过内部空心降低密度,实现漂浮状态。
一块砖头能不能沉入海里,取决于砖头的密度。
现在以一块标准的积木为例。这种实心红砖主要由坚硬的岩石组成,其密度约为每立方米1.8克。
砖是一种长方形的石头,用于建造墙壁
根据资料,这比常压下海水的密度大,每立方厘米1.03克。但是,深海中的水会比砖块密度大吗?
对于液态水,大气压力每增加一倍,水的密度就会增加46%。
所以,液态就是水很难压缩,随着大气压力的增加,水的密度只能稍微增加。
但是由于砖和水的物理特性,海水的密度比砖小。
所以当砖块落入海中时,砖块会一直下沉,直到沉到马里亚纳海沟的最底部。
不断沉底
那么,在下沉的过程中,砖块是否完好无损呢?会不会因为压力过大而变形、断裂?答案是可以的。
砖的密度很高,因为它的材料是由沙子制成的,但是砖烧成后,表面和内部都有缝隙。当砖块进入海水后,这些缝隙就会慢慢被海水填满。
也就是说,随着砖块深入海底,砖块内部的所有缝隙都会被海水侵蚀吞没。当砖块的缝隙被完全填满,当砖块经不起海水的侵蚀,就会爆裂开来,随着海水的不断渗入,砖块会一步步破碎,变成小颗粒。
影响砖块沉入马里亚纳海沟的因素还有很多,水压和海水深度也是重要原因。
玛雅纳海沟的深度是10909米,水压是1086巴,如果下沉,就会超过这个极限,就会损坏。
随着砖块下潜深度的增加,砖块的损坏程度也会增加。砖本身的抗压强度约为30MPa。因此,根据海水压力与气压的关系,从3000米开始,砖块就会开始崩解。
当砖块变成小块破碎的颗粒时,因为颗粒的本质是沙子,密度还是比海水高,所以会不断下沉,直到落入海底。
一块砖头掉到海底需要多长时间?
要知道,物体在水中下沉,通常会受到自身重力、水浮力和阻力的影响。
三压
一块砖掉进海里,一开始速度会比较慢,然后速度会越来越快,阻力也会随着速度的增加而增加。
直到砖块的重力、浮力和阻力达到平衡,砖块会达到最高下降速度,开始匀速移动。物理学中有个公式:F+F浮力+G=0。
如果砖头最大的一面往下掉,根据专家计算,一块砖头沉入玛雅纳海沟的过程大概需要2.4小时。
考虑到外界因素,海水本身是流动的,砖的性质也是不稳定的,可能砖沉入海底的时间比上面计算的要长。
海水的流动包含着很多不确定性
虽然深海的压力很大,无法阻止密度较大的砖块下落,但下降到更深的深度时速度会变慢,但砖头还在掉。下落。
这也意味着物理定律也适用于最深的海沟。
人类对海洋的不断探索
海洋与人类息息相关,海洋优美的生态对人类极为重要。
海洋所蕴含的生物、矿物、可再生能源和空间资源,超乎我们的想象。
这些宝贵的能源给人类带来的财富是巨大的,同时也将推动人类不断进步。由此可见海洋对人类的重要影响。遗憾的是,人类目前的科技水平还无法潜入海底,只能用深海探测器代替。
在海洋中模拟深海探测器的画面
但人类一直都有冒险精神和勇于开拓的精神,对一切食物都充满好奇和挑战。相信随着科技的不断发展,未来是充满希望的真人潜入海底。
因此,我们人类应该更加珍惜海洋,保护海洋生态,真正实现人与自然的和谐共处,让人类在未来发现更多的海洋资源,造福人类,共同打造美丽的海洋家园。
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