为什么“上天容易，下海难”？

近日，好莱坞科幻冒险片《火星救援》在中国内地全线上映，关于人类的火星梦再一次掀起了热潮。

其实，在我们所生活的世界中，有很多人类无法单枪匹马能到达的地方，比如月球、火星、甚至地球的地心等等。

可能有些朋友会说这些地方有点太“极端”，那么深海呢？

地球上的表面有七成被海洋覆盖，全世界七十多亿人中去过深海10000米的没几个。有科学家讲过，人类对地球上海底的了解甚至还没有对月球的了解多。那么这些海洋的下边是什么样的呢？为什么这么难以到达？都有什么生物？深水潜水器是如何潜入海底的呢？下面我们就聊聊这些问题。

一、在指甲盖上跳舞的小汽车

人们常说某某事比登天还难，其实对于人类来讲登天相对容易，“下深海”则比登天难。

在海洋里碰到的第一个问题就是面对无穷无尽海水的巨大压力，海水深度每增加10米，压力就增加一个大气压。例如在1000米深的海水中，我们要面对的大概是100个大气压，这样的压力下，一般的木块会被压缩成原来体积的一半。平时我们徒手掰断一块木头就比较困难了，更别提压缩木块。如果到达10000米深处的海底，压力能达到1000个大气压，大概是用你的指甲盖顶起一辆小轿车的所承受的压力。如果一辆小汽车在你的指甲盖上跳舞会是什么感觉呢？

人类在海水中并不能长时间生存，需要一定的装备，但这么大的压力给潜水器提出了超高的密闭性的要求。

二、深海“宝藏”

小时候看过电影《七宝奇谋》，讲的是小朋友勇斗坏人最终找到海盗宝藏的故事。其实在深海中也蕴藏着巨大的“宝藏”。这些宝藏都有啥？

1.储量巨大的锰结核矿。

锰结核分布在4000米以下的大洋海底的矿物质，含有钴、镍、铜等70多种元素，据科学家估算，全世界海底锰结核矿的总储量有3万亿吨，以现在的人类希求足够开采全世界开采上万年。

2.海底石油和天然气。

科学家估算，现在已经探明的海底石油储量约为1400亿吨，占全世界可开采石油总量的45%。海底天然气则占世界储量的一半左右。

3.可燃冰。

海底的宝藏还有天然气水合物，这种东西是是由甲烷气体分子和水分子在低温高压的环境中结合而成，又被叫做“可燃冰”。这也是人类的未来能源之一。

怎么样，这些“深海宝藏”足够诱人吧，但是只能看，想拿在手里，却不容易，因为“宝藏”都在深海的海底，不容易开采。怎么办呢？深海载人潜水器是人类开采深海的的第一步。

三、游弋海底的抗压高手

千层蛋糕很美味，可是你知道海洋也分层？从表面到200米深的水层，叫做上层，水里比较透亮。200米到1000米是中层，这里阳光不能全部透过海水，光线十分微弱。1000米之下就几乎看不到一点阳光了，一片漆黑，而且冰冷。这样恶劣的环境中有没有生物呢？、

有，下图中就是比较有特点的一种海洋生物。

别看人家长得丑，但却是抗压高手，为了适应恶劣的环境，有些鱼类的生理机能已经发生了很大的变化。由于深海巨大的压力，鱼的骨骼变得非常薄，而且容易弯曲，加上肌肉组织变得特别柔韧，纤维组织变得细密，更为重要的是鱼皮组织变得仅仅是一层非常薄的层膜，它使鱼体内的身体组织充满水分，保持体内外压力的平衡。这样的身体结构可以是这些鱼类很好的生活在深海。

四、模仿还是创新？

不带任何抗压设备，人类最深水肺潜水世界纪录是330米。这距离深海标准的1000米还有差距，人的身体承受不住这么大的压力，只能借助深海探测器来帮忙。

深水潜水器的构造是否能借鉴深海鱼呢？

部分借鉴可以，但是主要核心部分却不能借鉴深海鱼。

深海潜水器的最终目的是载人探测深海，我国自主研制的蛟龙号已可以突破7000米的深度深海潜水。那么结构是怎么样的呢？

蛟龙号上最关键的地方是载人舱，为研究人员和仪器制造出来常压环境，使得乘员和仪器保证正常运转。这个载人舱大致是个球体，内径2.1米，采用了厚达70毫米的钛合金材料制成。这之外的抗压结构还有耐压罐，可以用于供给载人舱空气和调节载水仓的压力。除了抗压结构，还有一部分是外部结构，包括潜水器的框架。潜水器的框架用于安装仪器，为其他外部结构提供安装环境，例如浮力块、稳定装置等等外部设备的安装。

开篇的时候我们提过，人类无法在水中长时间生存，这就要求蛟龙号提供生命支持系统。除了钛合金的球形外壳保护研究人员之外，这个生命维持系统通过控制舱内的空气成分来维持人员的生存。蛟龙号的生命支持时间为3人可以在里边工作生存84小时。

深水潜水器一般为了节约能源，并未设计特殊的上浮和深潜动力系统。例如蛟龙潜水器中，基本就是用可丢弃的压载装置，在下潜之初计算出来配重压在铁，来实现下潜和上浮。

蛟龙号中特别设立两套独立的电磁铁和一套液压抛弃系统，这样可以做到多重保证，防止下潜的时候出现事故，最大限度保证人员和潜水器的安全。

蛟龙号深潜记录是2012年7月，在马里亚纳海沟还够实验区创造的7062米，这是中国载人深潜记录，也是世界同类型潜水器的最大深潜记录。蛟龙号有着世界领先的稳定的贴近海底自动巡航能力和精确的悬停定位能力。加上出色的水声通信，以及优秀的舱外可操作能力，使得蛟龙号在深海潜水界也是一个不容小觑的角色。

世界上的深水潜水器大多都有从深海生物的身体构造中有借鉴，但大多还是科学家做出来的适合人类深海潜水的创新。有了这些强大功能的潜水器我们就可以畅游深海了。但是要大规模的进行深海的研究，仍然需要提供大空间并且长时间深潜的深海空间站。

在科幻电影《深海圆疑》中，故事就发生在这样的一个深海空间站。简单来说，就是把太空站改进之后沉入海底，改成深海版的空间站就可以了，不同的是,要承受巨大的深海压力和提供与深海潜水器对接的功能。

《深海圆疑》电影中出现的深海空间站就是我们理想中的东西，我国从2006年起就开始做这方面的研究和规划，在2012年底科博会上有关单位已经展出相关模型。

未来，中国讲建成可潜入2500米的海底的、最大可以提供50个科员人员在水下驻扎两个月的的深海空间站，长度在22米左右，高度在8米上下，可以与深海潜水对接，运送人员和物资。这样的深海潜水器可以长时间、全天候在深海进行研究和作业，对于深海研究以及资源开采起到巨大的作用。

在更遥远的未来，也许人类可以开始建造海底城市，建造海底工厂，在水下生活不再是遥远的梦。

（出品：科普中国；制作：蜜罐儿科普创客团队吕默默；监制：中国科学院计算机网络信息中心；“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。转载请注明“来源：科普中国”。）

发表于 2015-11-27 00:00
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