如果将1公斤重铁球,丢入大海,它沉入马里亚纳海沟要多久?

如果将1公斤重铁球,丢入大海,它沉入马里亚纳海沟要多久?

伽利略曾在比萨斜塔上做过著名的落体实验,实验物品正是常见的铁球,该实验的结果有力地推翻了亚里士多德的观点。

比萨斜塔实验用到了两个重量不同的铁球

今天,我们就让铁球再次出马,也做“落体”实验,只不过实验的环境在大海当中。

那么,如果将1公斤重的铁球丢进大海,沉入马里亚纳海沟要多久呢?看完长知识了。

“肩负重任”的铁球

马里亚纳海沟是人类已知的海洋最深处,位于马里亚纳群岛附近的太平洋底部,形成的时间大约为6000年。根据目前的考察数据来看,马里亚纳海沟最深处的位置接近11000米,这个深度即使是将世界最高峰珠穆朗玛峰放进去,连其顶端也无法露出。

更不用说,不少科学家表示,由于处在板块俯冲地带,马里亚纳海沟每年还会疯狂地吞噬海水,这与中国《山海经》当中描述的归墟之地十分相似。

马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极”

整个马里亚纳海沟呈弧形,就像是一个巨大的汤勺,被放置在北太平洋的海床当中。

值得一提的是,千万别觉得海沟各处的深度都是平均的,其实是“参差不齐”的。如果沿着海沟行走,走着走着可能就会掉入深坑。当然,有时候还会偶遇“海山”阻挡,总之地貌还是非常丰富的。

马里亚纳海沟的地形示意图

人类探索马里亚纳海沟最大的困难就是海底的极端压力因为这里能达到1000个标准大气压,在这种情况下科学家要制造出更安全的设备来对抗压强。不然,就很有可能重现潜水艇下潜深度过限,直接被压成铁皮碎片的灾难。

不过从现在的探索来看还算顺利,并且人们还发现在这里有着一些生物存在,虽然很难想象这些小鱼是如何做到在巨大压强下不被压扁的,但这大概就是生命的坚强之处吧。

2014年发现的马里亚纳海沟狮子鱼

由于海洋当中的压强和陆地的压强不一样,所以铁球下落的速度也会有所变化,那么如果我们真的将一个1公斤重的铁球在马里亚纳海沟上方的位置丢下去,它需要花费多长时间才能够沉底呢?

马里亚纳海沟的地质剖面模式图

大家可以先试着猜测一下,铁球进入水中要花费多长时间才能抵达马里亚纳海沟的深处。可能有人觉得需要十几分钟,有人认为没几个小时是做不到的。那么,就让我们一起来看看从理论上来说要多久

首先由于铁球的密度明显大于海水,一个是7.86克/立方厘米左右,另一个是1.025克/立方厘米,在这种情况下铁球下沉是很容易的。不过需要注意的是海水的密度会受到温度等因素的影响,所以并非一直维持这个数值。但是毕竟咱们只是大开脑洞,所以就以这个值为基础。

海水密度和温度(纬度)的关系密切

其次当铁球下坠到不同深度时所受的压强也是不一样的,在这种情况下,水越深水压就越大。按照我们常规的想法,海水到了越深的位置应该会变得愈加“粘稠”,毕竟它会被水压疯狂挤压。

不过事实并非如此,因为科学家在实验中证明了海水并不会被无限制压缩,哪怕是到了马里亚纳海沟的最深处,水压高达1000多个标准大气压时,水的密度也只是增加了5%左右,大约是1.76克/立方厘米。

马里亚纳海沟附近海洋深度情况示意图

在这种情况下,铁球的下沉显然是不会受阻的,不会出现悬浮在空中的情况。

想要计算出铁球沉底的速度和具体时间,我们首先要算出海水的浮力是多少。这时候就要用到初中物理的浮力公式了,在将一公斤铁球的重力和体积以及海水的密度代入之后,就能得出浮力大约为0.16N

铁球的密度总是大于海水密度的

随后再将已知的各个数值带到铁球的速度公式当中,在合力为零的条件下,得出该铁球进入水中之后匀速下沉的速度大约为10.7米/秒,这样的话到达马里亚纳海沟的最深处大约需要花17分钟

当然,实际上铁球在进入水中之后速度并不是一直稳定在10.7米/秒的,所以现实情况应该还会有变化。这样的话,最后沉底的所耗时间也会有变化,但是基本也是在18分钟左右的

位于马里亚纳海沟海拔最低处的一根原木

需要注意的是,以上讨论皆是在理想的情况下,使用公式计算得出的,并非实地试验。毕竟这种试验对于科学家来说也没什么用,也没有人会费尽心思追踪一颗沉入大海的铁球。

并且,可能还会有人有这样的疑惑,按照压强的变化来说,铁球难道不会在下坠的过程中被“压扁”吗?

压扁的铁球的构想图

相信不少人都看到了此前印尼潜艇遭遇断崖之后,突然下坠,最终整个潜艇都被压扁解体的新闻。从这一点似乎能看出,就连钢铁铸成的潜艇都会被水压无情压扁,那么咱们试验用的铁球难道不会遭遇这种情况吗?

实际上,铁球在不断下坠的过程当中,肯定是会出现轻微的变形的,但是这种变形是用肉眼都难以看出来的。铁球的这种情况和同样是铁做成的潜艇对比差异未免有些大,可其实这很正常。

铁球或许仅有一点变形

因为铁球是实心的,而潜水艇是空心的,如果我们将一个同等重量但是被掏空的铁球放入其中,那么它在抵达海沟深处之前也是会被压扁的。

所以现在科学家在设计深海探测器的时候,不仅要找到能够对抗超高水压和海水腐蚀的材料,还要将潜水器的结构弄得更加牢固,让它做到即使有空心的部分,依旧不会被压扁。

海中断崖是潜艇最大的威胁

不过,大部分人对深海探索并不关注,因为在我们眼中海洋反正不管何时都在,这些地球上的东西我们可以慢慢去研究。

而宇宙深空的东西则更让人好奇,更加具有诱惑力,所以目前的深空探索进度和海洋探索进度差异还是比较大的

人类只探索了5%的海洋

此前不少潜水器成功在马里亚纳海沟坐底之后,都拍摄到了海底生物来回游动的画面,让人感慨,哪怕是环境如此恶劣的地方,都会有生命存活

甚至有人说,在海洋污染越来越严重的情况下,马里亚纳海沟在未来可能会成为海洋当中的最后一片“净土”

长满藤壶的塑料瓶

可是,事实真是如此吗?那些海洋当中的污染物,真的无法穿越“重重海水”抵达这里吗?

很遗憾,根据目前的观察来看,海洋当中已经不存在什么净土了,就连位于海洋最深处的马里亚纳海沟也无法幸免。

我国科研团队在采样点处检出大量微塑料

此前,美国的一个研究团队就乘坐潜水器抵达了马里亚纳海沟,其下潜深度达到了10927米

在这里,他们看到了那些终年生活在黑暗当中的深渊生物,它们看起来长相和正常的鱼没什么区别,不过“眼睛”应该都已经退化了,毕竟深海当中鲜少有光,除非夜视能力极强,不然即使有眼睛也没用。

探测器在马里纳亚海沟拍摄到的鱼类

更让人们惊讶的是,在长达四个多小时的探索当中,他们不仅看到了海中的各种生物,还发现了不少沉底的塑料袋以及包装纸

这就证明,人类丢进海里的那些塑料垃圾其实早就悄无声息地“侵入”了海底,将这片所谓的净土也污染了。

当然,最倒霉的估计还是海沟当中生存的生物。它们在这里能够吸收的营养物质本身就很少,主要依靠海底热液的助力,如今各种塑料袋的到来,将本就贫瘠的海底污染了,它们还要被迫“吸食”塑料颗粒

海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾

因此,人类确实要把海洋污染问题放在心上了,毕竟影响已经不局限于某个海域了,连海底都无法幸免。