海底地质剖面 -海底地质结构图

h. v$ i ]' b" h& @" Q- y

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

- ~1 G \; y' ~, Q" f3 }0 G* o

) n0 \4 _- M. Y( w0 ?8 {

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。

, @$ q- Z$ l' I0 b

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

; A( y. q3 c5 I' f3 c# s

神秘的马里亚纳海沟

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。

* r' n! U) b1 {# a$ C

马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极”

p. ]* b; u: F) f1 e

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。

: H) l, f4 M4 c4 C+ B/ I

$ u5 x9 p" ^9 ^. J. k- j% W3 H; l

马里亚纳海沟的地形示意图

1 G+ J; S$ X o

0 }9 w. Y. M: V5 q1 n9 a

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。

5 d! S5 M3 V6 y5 P T0 s

2014年发现的马里亚纳海沟狮子鱼

; b* l7 a4 b3 B) J1 [" m

8 `$ E4 K0 y( W; W& y9 j

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

- r5 U6 x/ F7 j; O2 N5 R# _& a' x

把铁球丢下去多久能沉底？

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。

* ]9 k$ Y2 `7 v" x) a$ A: F

6 i+ K! ^: p6 R+ G- [& `. M

海水密度和温度（纬度）的关系密切

7 z( n1 E4 D0 @) a4 j; N9 a l

! _1 }1 I {6 _9 x4 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。

& [, _# O1 ]! Q

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

9 [# D3 d! o7 [* i

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。

5 Y2 o# G+ l( ?% y# K( B* p2 z

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。

6 V' ~! K4 t$ Z8 X+ O+ b% B& G

' X; k' u) S: A! r a) ?- B5 p+ R

铁球的密度总是大于海水密度的

4 F9 G( R4 |3 e0 c- d& Q' _

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。

* F8 V6 K# ^. `4 s( j* x

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。

6 c* c! [2 a5 K6 B" k3 E

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。

0 H/ |0 a& L' L: J e

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？

: C: ^* Q6 h2 T5 n5 ]: L" [

, V9 K. S/ o7 H+ x G

压扁的铁球的构想图

; E: v z4 C1 [" x

铁球会不会被“压扁”呢？

" _% n* J1 [7 h2 U

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？

; ]1 x+ [4 D! O$ ~" A6 u8 E

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。

+ F" `$ O% v$ I

铁球或许仅有一点变形

7 W2 w. ~& O8 Y0 [7 q& z7 m0 E

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

! N, S$ v# ^; }$ T* E# ?* y4 a* i

4 E! Q- ?, m2 c6 l, T6 e% j

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。

: F2 |7 x4 J) L) j) m

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。

7 H) o4 P" O: S

人类只探索了5%的海洋

: I! x9 |& f" {1 F1 H, ^; A/ N

9 A2 F% q4 N ]/ J6 l% ^/ q. G: o- F

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。

8 M' ~& M6 z7 d* ?* c' J; q: Z

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

+ g. S" Q& D5 U- I9 M9 m. n1 x3 @& H0 V

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

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。

, W4 L9 {- ^* N5 A7 w$ T, o

% ]: b' v/ S* B, l2 T9 b- D- k! \

我国科研团队在采样点处检出大量微塑料

7 ~ N/ x0 @& W+ i ?1 A# J

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。

* S7 J( s, m# u/ r- x" d

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

2 y U8 I( G* F

4 E ^; c. @+ b5 S8 s5 h

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。

5 k, k0 q, ^/ a2 T6 w* s

' U) N; B$ a( e- n

海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾

( ^" W" b7 H8 q" R9 \/ W

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。

/ n) @6 Z8 ~) _; e0 F # X$ C% w2 b3 [4 j( Z ) Q9 z3 i3 k! k- d- N* G# }% z