海底地质剖面 -海底地质结构图

$ c9 s! Y6 u# Y2 [# A% ?( ^ d

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。

I4 {' [) R) I5 t* m

) p7 I: R% m! D/ {- t$ ]* {& I* T8 }

比萨斜塔实验用到了两个重量不同的铁球

: Y8 }/ K; H' J3 @* j: E

( x$ y8 l$ B. j, o1 u

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。

8 T: Y0 K6 b a/ O7 z

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

. u6 K% c7 V, K& V% z: c8 |+ k: `

神秘的马里亚纳海沟

9 A. r& O1 h, U& T c

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。

% B7 N$ J- W5 U7 W4 d# V) f k1 N

马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极”

5 Z: D6 ^% a: L; ?1 I( G

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。

" Y% h: v/ ^( K H. k: e0 J4 i% M

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

9 D) m+ p! J$ A' J$ g

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。

2 ^3 |* z$ {4 a- P) l6 p! q- I! I

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

6 \5 p! Z% f: |+ |$ F# h$ t: Z" A! M

" R7 K5 c( P4 N4 M

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？

! e f, a* l5 J- Y! [

马里亚纳海沟的地质剖面模式图

" F" L7 Q& D1 K4 k

把铁球丢下去多久能沉底？

9 M5 V+ S# J3 H/ c" e7 t, Z

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。

0 e1 }6 B2 M! Q3 e+ V: x8 A% D- V' X

# Y* T$ S6 P2 m* M/ }

海水密度和温度（纬度）的关系密切

! u* @5 [6 y: j; X2 f+ M. v4 ~" _8 K

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。

7 ~0 n. Q e s! ~* m0 {8 F5 _

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

7 C1 o3 ~ v" z

' U ^" U, E2 U* v

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。

$ [# b" |8 E' M' h0 K

: `9 k' Y! W2 {- {9 G

铁球的密度总是大于海水密度的

$ d# }" E1 H$ o: t5 r

$ ^3 o/ I) `" c, J, y

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。

" P" F; R" y, l& W1 R

位于马里亚纳海沟海拔最低处的一根原木

$ _$ c o+ M- s4 O/ Q

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

) ^1 H7 R# p; ^

铁球会不会被“压扁”呢？

, n0 `) l+ e* z. ~7 j* \

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？

: f$ ~9 x1 \ W& [/ G5 b9 |

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

; Q( I; `# J. @. w& z

$ ` `0 }' I1 i5 }

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。

) i0 d) s+ _' ^8 x7 @

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。

6 Y5 K) `* }* ^4 M3 s4 _) e" j

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。

& Q' f( D2 v8 L" D d

: Y3 \! u, K. t! E5 |5 v6 j* ?" p4 B

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。

4 ^2 w# e. \* x# H/ U3 d4 u

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”。

4 \ b5 d* p0 {1 `$ F( t

长满藤壶的塑料瓶

4 G* G8 r! w p6 `* G

! k {2 D; u/ p) |- Q+ C. X2 v `: K

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？

塑料垃圾已经抵达海洋深处

+ O; I6 W6 ^4 P1 V2 X h

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。

+ s3 _. \- q% b

: [1 e9 A4 q$ M P& w

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。

* @6 A5 E0 m% ` ~

探测器在马里纳亚海沟拍摄到的鱼类

" e$ {5 t' Y. r( O

* Y8 @ J) _% g2 X% b W

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。

" ~% C# c: [+ \

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。

$ J+ E; z7 [) O6 E

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。

3 x7 q( C2 c) R

9 ~: w" w* v+ W, G* V" [

海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾

9 N3 Q2 Y/ T8 V, U* @! K4 R. l

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。

f+ t7 ^0 M, I0 q 2 L5 f4 A1 n# H2 Y' X& H' f' m 4 J$ y5 [6 U) s% U; G" A: ?( q