若將一塊磚頭投入馬裡亞納海溝,多久會沉底,它會被海水壓碎嗎?

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綜述

海洋,一個占據這個地球傢園面積約十分之七的存在,而且據科學研究表明,地球上出現的生命最早起源於海洋,擁有十分豐富的海洋資源….這些信息無一例外表明,海洋裡肯定蘊含著巨大的研究價值,值得我們人類去探索。

然而,面對可怕的深海高壓,我們人類卻隻能探索到海洋的二十分之一不到。這不禁讓我們進行猜想,如果用物體代替人進行探索能否可行呢?先假設在目前已知最深的海洋海溝,即在馬裡亞納海溝裡投入一塊磚頭,那它多久會沉底呢?它是否會被海水壓碎成泡沫般呢?

馬裡亞納海溝介紹

馬裡亞納海溝,它以其可怕的深度和豐富的海洋資源等而被認為是非常具有挑戰性和代表性的神秘海洋,人們對其的探索欲望十分強烈。

據瞭解,馬裡亞納海溝形成於太平洋板塊與亞歐板塊的碰撞,整體呈“月牙”似的弧形形狀,全長達2550千米,平均寬度為70千米。

海溝深度,從二十世紀五十年代探測至今,已記錄到的深度數據是由中國於2020年11月“奮鬥者”號載人潛水器收集到的10909米,但具體多深還未可知,還有待進一步探測偵察。

海溝內環境極端惡劣,由於深度過深,全年幾乎照射不到陽光,幾乎鮮少發現有大量海洋生物的存在,而且海下底部氣壓非常高,這導致人類對其能展開的深海探測任務十分有限,並且哪怕開展也顯得異常困難。

馬裡亞納海溝的壓強

研究顯示,在海洋中,海水中的氣壓會隨著海洋深度的不斷增加呈逐漸遞增趨勢。從數據來看,海洋每增加10米的深度,就會增加一個標準大氣壓的負荷。

以馬裡亞納海溝為例,一個被公認為是全世界最深海洋海溝的地方。那麼將其1100多千米的深度用氣壓來表示的話,則換算結果顯示其海底氣壓可以達到1100帕。

這與當前世界人類最深潛水記錄顯示的結果表明,人類在海洋裡所能承受的水下深度極限隻在一百多米,可承受壓強為一百多帕,隻遠遠達到馬裡亞納海溝深度壓強的十一分之一。

有相關舉例表示,如果按照人體表面積1.6平方米進行計算,一個成年人下沉到馬裡亞納海溝中,將會受到1.6×千克的壓強負荷,人可能會遭到粉碎性傷害。可見,馬裡亞納海溝深海壓強之恐怖程度。

投入一塊“磚頭”的猜想

人既然不行,那假設在如此深的高壓海洋海溝裡投入一塊磚頭,結果會發生什麼呢?它會不會像我們小時候玩的投石子遊戲一樣,投一顆石子到湖裡就會迅速沉入湖底呢?在這個下沉過程中,磚頭是保持完好無損的狀態,還是會發生被海水壓碎的情況呢?

根據相關理論,我們假設一個具有均等密度的標準長方體形狀性質的磚塊,在理想的狀態下(不存在海水呈靜止且密度均勻狀態、無特殊海底運動現象發生等一切會幹擾磚頭下沉的外在其他因素)被投入馬裡亞納海溝。

首先,考慮到磚頭的密度一般為每立方米1800千克到2200千克不等,而根據海水中鹽分含量高的特性,馬裡亞納海溝的深部海水密度可能在每立方米1.07噸到1.2噸之間,因此得出磚頭的密度比海水的密度更大,在海洋裡存在下沉的可能性。

其次,考慮到海水中重力、浮力和阻力對磚頭下沉的影響,我們可以根據下列相關關系方程式展開具體分析。重力是所有事物,不論人還是物,在地球中必然受到的牽引力。

阿基米德原理闡明,浸入在靜止流體中的物體所受浮力等於其排開流體的重量,換而言之,浸入流體中的任何物體都會受到一個與其排開流體重量相當的向上力,即浮力。除此之外,我們還要考慮物體在流體中移動時,可能會受其他阻力的影響。

流體動力學阻力相關原理指出,物體所受阻力的大小,與物體的形狀、物體表面與流體的相對速度以及流體的性質有關。

結合分析發現,磚頭的密度相對較大,可以使得它的重力大於排開水的重量,也就是可以排開所受海水浮力的影響,但再加上海水中其他阻力的影響,各個力之間在磚頭下沉過程中會逐漸表現出維持均衡水平的狀態。

此時,磚頭會在下沉過程中表現出不同的下沉速度,其下沉速度在受到各種力的均衡作用下,逐漸變為終端速度,然後磚頭可能保持著這個終端速度勻速沉降到海底裡。

受不同下沉速度影響,磚頭下沉到海底的時間需要進行分別計算。目前,關於磚頭最終沉入海底的時間,並沒有實際的科學研究做出準確的數據結果進行解釋。

但整理網上相關資料來看,大部分推測磚頭下沉至馬裡亞納海溝的時間需要花費2.5小時到3小時左右,當然也有少部推測可能會花費幾年甚至幾十年時間。

對於磚頭是否會被海水壓碎這個問題,考慮到馬裡亞納海溝的深海壓強之大,當前存在兩種說法。

一種說法是磚頭會被馬裡亞納海溝下的海水壓碎,有科學傢對馬裡亞納海溝最深處所受氣壓與磚頭所能承受的最大壓力進行模擬比較,研究數據結果發現,磚頭所能承受的最大壓力隻達到馬裡亞納海溝最深處水壓的十一分之三,顯然磚頭會在下沉海底的過程中被身處海水壓強壓碎。另一種說法是磚頭不會被壓碎,由於磚頭本身結構緊密,不存在有類似潛水艇的內外氣壓差,綜合之前受力分析的結果來看,磚頭可能會維持均衡狀態,不容易被海水壓碎。

結尾

綜上所述,我們可以發現,將一塊磚頭投入馬裡亞納海溝的猜想,雖然沒有具體的科學研究案例可供參考,但是,相信在不久的將來,隨著人類深海探測技術的不斷進步,我們可以將這個猜想落地,獲得更多的研究數據以科學解釋相關問題。

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