為什么“上天容易，下海難”？

近日，好萊塢科幻冒險片《火星救援》在中國內地全線上映，關于人類的火星夢再一次掀起了熱潮。

其實，在我們所生活的世界中，有很多人類無法單槍匹馬能到達的地方，比如月球、火星、甚至地球的地心等等。

可能有些朋友會說這些地方有點太“極端”，那么深海呢？

地球上的表面有七成被海洋覆蓋，全世界七十多億人中去過深海10000米的沒幾個。有科學家講過，人類對地球上海底的了解甚至還沒有對月球的了解多。那么這些海洋的下邊是什么樣的呢？為什么這么難以到達？都有什么生物？深水潛水器是如何潛入海底的呢？下面我們就聊聊這些問題。

一、在指甲蓋上跳舞的小汽車

人們常說某某事比登天還難，其實對于人類來講登天相對容易，“下深海”則比登天難。

在海洋里碰到的第一個問題就是面對無窮無盡海水的巨大壓力，海水深度每增加10米，壓力就增加一個大氣壓。例如在1000米深的海水中，我們要面對的大概是100個大氣壓，這樣的壓力下，一般的木塊會被壓縮成原來體積的一半。平時我們徒手掰斷一塊木頭就比較困難了，更別提壓縮木塊。如果到達10000米深處的海底，壓力能達到1000個大氣壓，大概是用你的指甲蓋頂起一輛小轎車的所承受的壓力。如果一輛小汽車在你的指甲蓋上跳舞會是什么感覺呢？

人類在海水中并不能長時間生存，需要一定的裝備，但這么大的壓力給潛水器提出了超高的密閉性的要求。

二、深海“寶藏”

小時候看過電影《七寶奇謀》，講的是小朋友勇斗壞人最終找到海盜寶藏的故事。其實在深海中也蘊藏著巨大的“寶藏”。這些寶藏都有啥？

1.儲量巨大的錳結核礦。

錳結核分布在4000米以下的大洋海底的礦物質，含有鈷、鎳、銅等70多種元素，據科學家估算，全世界海底錳結核礦的總儲量有3萬億噸，以現在的人類希求足夠開采全世界開采上萬年。

2.海底石油和天然氣。

科學家估算，現在已經探明的海底石油儲量約為1400億噸，占全世界可開采石油總量的45%。海底天然氣則占世界儲量的一半左右。

3.可燃冰。

海底的寶藏還有天然氣水合物，這種東西是是由甲烷氣體分子和水分子在低溫高壓的環境中結合而成，又被叫做“可燃冰”。這也是人類的未來能源之一。

怎么樣，這些“深海寶藏”足夠誘人吧，但是只能看，想拿在手里，卻不容易，因為“寶藏”都在深海的海底，不容易開采。怎么辦呢？深海載人潛水器是人類開采深海的的第一步。

三、游弋海底的抗壓高手

千層蛋糕很美味，可是你知道海洋也分層？從表面到200米深的水層，叫做上層，水里比較透亮。200米到1000米是中層，這里陽光不能全部透過海水，光線十分微弱。1000米之下就幾乎看不到一點陽光了，一片漆黑，而且冰冷。這樣惡劣的環境中有沒有生物呢？、

有，下圖中就是比較有特點的一種海洋生物。

別看人家長得丑，但卻是抗壓高手，為了適應惡劣的環境，有些魚類的生理機能已經發生了很大的變化。由于深海巨大的壓力，魚的骨骼變得非常薄，而且容易彎曲，加上肌肉組織變得特別柔韌，纖維組織變得細密，更為重要的是魚皮組織變得僅僅是一層非常薄的層膜，它使魚體內的身體組織充滿水分，保持體內外壓力的平衡。這樣的身體結構可以是這些魚類很好的生活在深海。

四、模仿還是創新？

不帶任何抗壓設備，人類最深水肺潛水世界紀錄是330米。這距離深海標準的1000米還有差距，人的身體承受不住這么大的壓力，只能借助深海探測器來幫忙。

深水潛水器的構造是否能借鑒深海魚呢？

部分借鑒可以，但是主要核心部分卻不能借鑒深海魚。

深海潛水器的最終目的是載人探測深海，我國自主研制的蛟龍號已可以突破7000米的深度深海潛水。那么結構是怎么樣的呢？

蛟龍號上最關鍵的地方是載人艙，為研究人員和儀器制造出來常壓環境，使得乘員和儀器保證正常運轉。這個載人艙大致是個球體，內徑2.1米，采用了厚達70毫米的鈦合金材料制成。這之外的抗壓結構還有耐壓罐，可以用于供給載人艙空氣和調節載水倉的壓力。除了抗壓結構，還有一部分是外部結構，包括潛水器的框架。潛水器的框架用于安裝儀器，為其他外部結構提供安裝環境，例如浮力塊、穩定裝置等等外部設備的安裝。

開篇的時候我們提過，人類無法在水中長時間生存，這就要求蛟龍號提供生命支持系統。除了鈦合金的球形外殼保護研究人員之外，這個生命維持系統通過控制艙內的空氣成分來維持人員的生存。蛟龍號的生命支持時間為3人可以在里邊工作生存84小時。

深水潛水器一般為了節約能源，并未設計特殊的上浮和深潛動力系統。例如蛟龍潛水器中，基本就是用可丟棄的壓載裝置，在下潛之初計算出來配重壓在鐵，來實現下潛和上浮。

蛟龍號中特別設立兩套獨立的電磁鐵和一套液壓拋棄系統，這樣可以做到多重保證，防止下潛的時候出現事故，最大限度保證人員和潛水器的安全。

蛟龍號深潛記錄是2012年7月，在馬里亞納海溝還夠實驗區創造的7062米，這是中國載人深潛記錄，也是世界同類型潛水器的最大深潛記錄。蛟龍號有著世界領先的穩定的貼近海底自動巡航能力和精確的懸停定位能力。加上出色的水聲通信，以及優秀的艙外可操作能力，使得蛟龍號在深海潛水界也是一個不容小覷的角色。

世界上的深水潛水器大多都有從深海生物的身體構造中有借鑒，但大多還是科學家做出來的適合人類深海潛水的創新。有了這些強大功能的潛水器我們就可以暢游深海了。但是要大規模的進行深海的研究，仍然需要提供大空間并且長時間深潛的深海空間站。

在科幻電影《深海圓疑》中，故事就發生在這樣的一個深海空間站。簡單來說，就是把太空站改進之后沉入海底，改成深海版的空間站就可以了，不同的是,要承受巨大的深海壓力和提供與深海潛水器對接的功能。

《深海圓疑》電影中出現的深海空間站就是我們理想中的東西，我國從2006年起就開始做這方面的研究和規劃，在2012年底科博會上有關單位已經展出相關模型。

未來，中國講建成可潛入2500米的海底的、最大可以提供50個科員人員在水下駐扎兩個月的的深海空間站，長度在22米左右，高度在8米上下，可以與深海潛水對接，運送人員和物資。這樣的深海潛水器可以長時間、全天候在深海進行研究和作業，對于深海研究以及資源開采起到巨大的作用。

在更遙遠的未來，也許人類可以開始建造海底城市，建造海底工廠，在水下生活不再是遙遠的夢。

（出品：科普中國；制作：蜜罐兒科普創客團隊呂默默；監制：中國科學院計算機網絡信息中心；“科普中國”是中國科協攜同社會各方利用信息化手段開展科學傳播的科學權威品牌。轉載請注明“來源：科普中國”。）

發表于 2015-11-27 00:00
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