鲸鱼是肉做的，潜入万米深都没事，为什么钢铁打造的潜艇容易被压扁？
鲸鱼是肉做的，潜入万米深都没事，为什么钢铁打造的潜艇容易被压扁？
深海巨大的压强
海洋占据地球表面总面积的71%左右，海洋中最深的区域为海平面以下11521米的马里亚纳海沟，由于深海压强大、温度低、氧气含量、自然环境异常恶劣，人类对海洋的探测，目前来看总体上还是非常低级的水平，有科学家表示，人类对海洋的认知，还没有对太阳系内的诸多星体熟悉。单拿深海里的压强来说，根据液体压强公式P ρgh来推测的话，海平面以下1000米的地方，物体所承受的海水压强就是海平面的近100倍，相当于每平方米承受上百吨物体的重量。所以进行深海探测，如何克服海水巨大压强是一个必须要面临的严峻问题。
为了探测深海自然环境特征，除了人们放置的使用特殊材料和工艺制作的无人探测器以外，潜艇也是应用较多的一个人造物体。然而，就目前的科学技术而言，一般的潜艇平均下潜深度只有几百米，而一些军事领域的核潜艇下潜深度要大一些，不过也只达到1200米左右，再深的话，潜艇就会受不了，巨大的压力会使潜艇外壳发生塌陷，不但对潜艇结构产生危害，也对潜艇内部的工作人员生命 健康 产生严重威胁。
压力平衡问题
相比之下，海洋中的鲸鱼下潜深度则普遍要大一些，特别是对于经常捕食深海中大王乌贼的抹香鲸来说，下潜深度可以超过2000米。说到这里，有些人不禁疑惑了，鲸鱼的肉身在抵抗海水巨大压强方面，为何会比钢铁打造的潜艇要厉害呢？
之所以会产生这个结果，简单来说，就是压力平衡的问题。一个容器、或者在此基础上拓展成一个封闭的系统，只要其边界组成物质的强度够大，理论上这个容器就可以抵挡内部和外部产生的压力差，使得这个封闭系统能够保持相对稳定的状态。一个钢球、一块玻璃、一根铁棒，或者一个装满水的玻璃瓶，如果将它们沉入海底，那么这些物体的表面所受到的向内的海水压力、向外的支持应力一般都会保持一个平衡的状态，物体表面的形状也几乎不会产生肉眼能够观察到的形变。
潜艇为何不能下潜很深
但是潜艇就不行了，在其正常工作时，其内部必须要保留充分的工作空间和生活空间，在同等深度下，潜艇外部和内部所给予外壳的压强值，与海水和空气的密度成正比，而海水的密度要比空气大得多，所以潜艇下潜得越深，海水给予外壳的压强与内部空气对外壳的压强差值会越来越大，潜艇外壳就越来越倾向于内塌陷。目前，应用到打造大型核潜艇结构的物质为钛合金，而且还会采用双层壳体的结构，这样就极大提升了在不牺牲内部工作性能前提下的下潜深度。虽然如此，1200-1300米从目前来看，已经达到了这种钛合金的耐受极限，毕竟此时潜艇壳体所承受的压力，相当于每平方米100多吨了。
拿人体这一血肉之躯为例，其实应对深海巨大压强方面显然能动性极差，因为我们无法靠自主调节，来增强体内的压强环境，从而达到内外压力的平衡，所以只能在身体的极限承受阈值范围内进行下潜，目前在无装备加持下的最深下潜纪录为113米，有装备保障条件下的最深纪录为332米，而且还是在经过严格、科学的系统培训下完成的。在陆地上包括淡水中、浅海环境中生活的动物们，一般也都具备深海潜水的能力。
鲸鱼的身体优势
但是，鲸鱼则不同，在长期的进化过程中，为了适应海洋自然环境，特别是增强深海觅食和捕食能力，在能够达到维持身体内外压力平衡这个目标的生存胁迫下，身体结构发生了明显改变，主要表现为以下几个方面：
一是肺的收缩能力超强。随着下潜深度的增加，鲸鱼肺会发生不同程度地收缩，特别是当下潜到100－200米时，肺泡的大部分空间都已被完全压缩，不再进行气体的交换，也没有了大块区域的空间结构，这样就有效避免产生身体内部巨大的压力差。
二是肌肉和骨骼的韧性超强。鲸鱼的骨骼非常容易弯曲，特别是对于肋骨、脊椎骨和胸骨来说，其连接处比较灵活和松驰，一方面为有效调节身体行为提供便利条件，另一方面也会随着外界压力的增大而进行收缩，并且有效包裹和保护心、肺等内部重要器官。与此同时，鲸鱼肌肉组织的韧性和弹性演化得很强，这样在抵抗外界巨大压力方面，就会给身体提供足够的缓冲空间，同时鲸鱼的皮肤也异常坚韧，组织内部还充满了体液，这样就能够很好地维持身体内外的压力平衡，不至于对内部产生巨大伤害。
三是鲸鱼大脑中的脑油物质密度会相应发生变化。当外界海水温度变低时，鲸鱼大脑中的脑油物质密度会变大，特别是当低于20摄氏度以后，会变为类似固体脂类的形态，从而大幅度提高对外界压力的抵抗和感应能力。
四是血液贮氧方式也有利于深海环境。由于在深海环境中，鲸鱼的肺已经被无限压缩，基本不具备换气能力，此时为了维持身体正常生理活动所需要的氧气，原本通过肺吸进来的氧气，绝大部分与血液中的血红蛋白、肌肉中的肌血球素有效结合起来，以供深海潜行时所需。
鲸鱼的下潜也有限度
但是，我们要看到的是，虽然鲸鱼在身体结构上已经演化为非常适应深海环境了，但是它们下潜的深度、持续下潜的时间都有着明显的限制，在下潜深度上，就连能力最强的柯氏喙鲸，也突破不了3000米，而在上千米的深海中持续潜行的时间也顶多1个多小时，超过这两个极限，鲸鱼的血肉之躯也承受不住。
答：鲸鱼在下潜过程中，肺部逐渐缩小，使体内压强增加，用来平衡体内外的压强。
水压
水中压强和水深有关p=ρgh，深度每增加10.3米，压强就会增加一个大气压，在1000米的深度下，水压高达97个大气压，相当于每平方米承受970吨的重量。
鲸鱼的身体经过长时间演化，已经进化出适应深海潜水的能力，但也是存在极限的，一般鲸鱼只在500米以上的浅水区活动，而抹香鲸最高可以下潜到2000米，再深的话鲸鱼身体也承受不了。
而军用核潜艇，一般最大下潜深度在300米左右，就算是特制的核潜艇，最大下潜深度也就700米，无法和鲸鱼的下潜深度相比较。
原因
当鲸鱼潜入深水区后，鲸鱼的肺部大大缩小，体内压强增加，用来抵抗体外的水压，使得体内外压强平衡，这就是鲸鱼不被压扁的原因；但是鲸鱼体内的压力增加也是有极限的，超过极限之后，鲸鱼身体也无法承受。
由于核潜艇需要载人，人体所处的大气压强，需要保持在1个大气压左右，内部压强没有多大调节的余量，于是随着下潜深度的增加，潜水艇内外压强差越来越大。
核潜艇不具备鲸鱼那样，用增加内部压强的方法来抵抗深水压强的能力，只能靠着金属结构硬抗，所以核潜艇的下潜深度非常有限。
但是对于科学研究用的深海潜水器，本身结构简单，还采用了多层逐级增压的结构设计，所以能下潜到海底1万米的深度。
其他例子
生物经常用到类似的原理，来适应高压环境，比如在马里纳亚海沟1万米处的生物，体内充满高压体液，来平衡体内外压强。
甚至我们人类都是这样做的，一个大气压强为101.325kPa，相当于每平方米皮肤承受10吨的重量，但是我们人类体内的压强也在一个大气压左右，于是体内外压强基本平衡，人体就不会被大气压强压扁。
海水压力，是指一定高度的海水柱作用给其底部1平方厘米面积上的力。深度每增加10米，压力就要增加一个大气压，海底1000米，压力大概为100个大气压。一个大气压是0.1Mpa，也就是1公斤压力每平方厘米。100个大气压就是10MPa。10Mpa压力是极为恐怖的，每平方米承受1000吨的重量。
鲸鱼， 作为大海的霸主，其潜水能力很强。但是，要纠正一点，即使是鲸鱼也无法潜入10000米深。长须鲸可在水下300-500米处待上1小时。齿鲸道抹香鲸能潜至两千米，并在水中持续2小时。萄牙首都里斯本权附近海域的2200米水深处，发现被电缆缠绕而窒死的抹香鲸，这是迄今为止哺乳动物潜水最深的记录。
2200米深度，就相当于2000多吨的压力作用在鲸鱼的身体上。血肉之躯是如何扛得住恐怖压强的呢？不得不感叹造物的神奇，鲸鱼虽然是哺乳动物，但也具备鱼类的一切外形特征。为适应环境，鲸鱼的肌肉组织变得特别柔韧，纤维组织极为的细密，骨骼容易弯曲，尤其鱼皮能使鱼体内的生理组织充满水分，保持体内外压力的平衡。
不仅如此，鲸鱼还有特殊的生理结构来抵抗水中压强。就拿抹香鲸来说，其大脑中有一种脑油物质，脑油在低于29度温下慢慢凝固，这样就使得密度增大，重心前移，便能潜入更深，在深水区中，鲸的肋骨与胸骨、脊椎骨的连接很松弛，潜水中随外界压力的增大而收缩，肺也随之收缩，水深约到100米以下肺泡就完全收缩起来，不再进行气体交换，鲸鱼的血液会富含氧气，而肺部却能大大缩小，这样的状态下，鲸鱼身体内部压强足以抵抗外部水压，而肺部不会受到伤害。
潜艇的艇壳由耐压板，网状支撑系统和主受力结构构成，这种刚性结构在下潜中，不能像鲸鱼一样软性调节，只能靠应力支撑。潜艇下潜时，潜艇的耐压结构要承受强大的深水压力。潜艇的耐压结构的部位有耐压船体、耐压指挥室、耐压液舱和横舱壁等。潜艇的耐压船体一般由高强度钢质壳板、肋骨和横隔壁等构成。壳板是保证潜艇强度的主要构件，肋骨呈环形，横向地布置在壳体内部或外部。现代潜艇的耐压结构强度可以保证潜艇下潜到300~900米的深海。一旦潜艇外部高强度钢板无法支撑海水压力时，充满空气的潜艇内部与外部海水之间的压差会挤瘪整个潜艇，就如同气球被压爆。
