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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。 0 B% y. e2 a) G# }. Z
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比萨斜塔实验用到了两个重量不同的铁球 5 ~- |4 H3 S" k
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。 4 a6 _! A- Q% a0 p5 d+ C5 ?
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。 0 y6 }4 K7 d5 C F
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“肩负重任”的铁球 V! `6 f6 R! R4 \
神秘的马里亚纳海沟, `- V- c$ o% s5 W' x) H% `: m
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。 - Z$ w X1 x0 k; V& U
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。 * T$ e$ r% X4 R1 e5 N- q0 [& q
# t# f |% R' w9 s 马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极”
+ @2 Z( P/ @$ b" B9 e4 r' U 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。 5 y; f; o: A5 Y3 A# P- v& Q9 e! O
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。 4 j0 P# W7 I6 `& }* l4 r7 K: I: G
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马里亚纳海沟的地形示意图 2 {. X8 \" Q0 _
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。
; Y! b! g6 a3 Q 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。
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: {4 l& F/ y' ]( p$ e 2014年发现的马里亚纳海沟狮子鱼
# \3 n2 a/ o0 b4 l 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？ : u: k: @& E" `) E2 B
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马里亚纳海沟的地质剖面模式图
+ \# c8 h" f( I: K6 h6 b 把铁球丢下去多久能沉底？0 S! u( z4 u! o; X
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。
A- P$ J; O- L+ T; t 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。
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海水密度和温度（纬度）的关系密切 ( P! O' Z- Y# F8 D$ w
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。
+ u! d4 J5 ^1 q; c% y% F 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。 ' S3 O/ |: |* w. S8 x6 G9 U
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马里亚纳海沟附近海洋深度情况示意图
4 f! z( k5 F+ P1 k4 p 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。 $ \$ c' U1 [, I& Y, ]
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。 + C7 N4 I! N1 f- |, Y* T
9 w& p( e$ @- k0 b, l 铁球的密度总是大于海水密度的
- v$ u, Z" N. X. t 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。
" A p) J* D' w. D, E+ S% ? 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。 ' J9 o: O0 n1 c, b
% w9 S3 F4 ]! c" E 位于马里亚纳海沟海拔最低处的一根原木
8 x! _& {9 _4 @2 |7 ? 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。
8 K. d3 g9 [# U/ a& t. b" {% K 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？ ' i4 f$ F/ w( |# q: E3 c$ L) K
" D" [- D1 d- k+ V 压扁的铁球的构想图 & R+ |, j) h* I7 b
铁球会不会被“压扁”呢？
" R, v( J: ?4 \3 m4 B* w8 u% m; W 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？
: r5 E3 s! I5 g: `' L3 L 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。 ; ~. D) @. T5 {7 X
; D1 l* z6 L- |+ S/ C: W 铁球或许仅有一点变形 ' ~/ h2 J! T0 n1 e: 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。
: R& K4 O/ w9 V2 q- o. v5 u& Q2 i 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。
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3 [6 C. n2 I1 S6 T, r& D 海中断崖是潜艇最大的威胁 ' x3 N% P0 W; Q+ ]
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。
: u% g0 D8 B' F( V! O* R8 l 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。
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, n g0 r6 f: S5 _ `- O 人类只探索了5%的海洋
/ I9 T, X+ v1 R" Y, S. `, D3 c 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。 ( m5 Y9 V, A: X, R! a
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”。 * g' U% G* j |$ H0 `/ l/ T
" C) g; A$ I. k7 E E8 i 长满藤壶的塑料瓶
! P* M& ]( ?; x4 ~1 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？ : N0 x3 @5 [) }
塑料垃圾已经抵达海洋深处
" Q# B1 B! g/ \/ R- E- N 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。
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! U `* w$ ]. e+ v } 我国科研团队在采样点处检出大量微塑料
) x6 ~! u/ x) i Y, ] 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。
$ X3 ]1 o- v9 c( Z2 t! \2 E+ Q 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。
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) f/ V. @# f! R' V1 c T# s 探测器在马里纳亚海沟拍摄到的鱼类 # `5 ?5 |! e* \
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。 , a* M! i# r- p4 t
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。
t6 H( U7 A# v- e4 Z# w, c: {: S( } 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。
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' R$ d1 e' c9 t 海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾 ! f1 {! C" G$ 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。 8 E! O/ P7 q# _
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