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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。 / z: m% C( F7 ^; @+ P8 F
+ N$ c9 j# W7 g1 V8 Z1 |* A 比萨斜塔实验用到了两个重量不同的铁球
& p% w- M2 M' k7 r0 Y( q 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。 * H9 o- j+ ^' l. 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。 ; e) P$ a, F/ I) b0 i
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“肩负重任”的铁球 6 V+ s4 ~8 S, n1 u6 @
神秘的马里亚纳海沟
" n7 _2 g& U5 w/ D( G 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。
2 r+ t, H& s) T4 J$ S2 |; c 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。
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( T; j3 ]2 P% C1 F3 n9 u: }) ] 马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极” 1 m; |/ g' d" ^% N4 v) H# q, ~4 _
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。 * U3 i6 r5 ~* m7 f* j
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。 : t' j; q# d8 N f6 U- t& W9 G
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马里亚纳海沟的地形示意图
' b3 B1 p, f, K6 f 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。 + r. l5 T. R9 g' T1 p H4 k
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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2014年发现的马里亚纳海沟狮子鱼 ; [. G+ g5 {; a+ y
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？
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马里亚纳海沟的地质剖面模式图 6 T. Z& u5 i1 B
把铁球丢下去多久能沉底？2 T9 p2 A% z L" g `4 Z s
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。 3 U9 [, d) G/ f4 d* B- s) j, a6 L, S
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。 % }( g; c g" ]- a" q+ E% J
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海水密度和温度（纬度）的关系密切 # U# F" i7 d) r0 C' j
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。
2 ]7 }# ]: x) m7 V- U9 @- B( T 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。
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马里亚纳海沟附近海洋深度情况示意图 7 t" }! m' q$ D1 j& `0 N
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。
2 Y( {7 R8 Z3 u9 b8 w 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。 8 I5 x [3 k& }' |7 U! ?
8 h$ g/ ]" A1 R4 i. z" {* F 铁球的密度总是大于海水密度的 $ a# G z: D3 P$ f6 q" a
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。 * D: N% L* B/ ^" n) e0 F
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。 % m) p1 _7 B: c3 P Q; w9 ^& I
* ^* Y0 h& u+ g" ?+ r 位于马里亚纳海沟海拔最低处的一根原木
: k. V( ?# V8 T& Y 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。 . j( P6 H2 z2 q
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？
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3 n/ }2 _! h$ e' p" N# Z 压扁的铁球的构想图
. {) T7 `& ^# q/ ?3 [- a2 M, p 铁球会不会被“压扁”呢？
7 ~1 N: a2 E1 n% o% ]4 o& i 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; H" @) f# ~4 G9 I) I
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。
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铁球或许仅有一点变形
) o$ C5 T' l0 ? 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。 ! e4 X* @1 ^! m$ d
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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海中断崖是潜艇最大的威胁
- B2 H5 D* |3 B; }. E 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。
* }+ w/ Q7 q* x7 }) g 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。 9 v2 m. W" Y' _$ j
; {! a. k4 p) ~; H) }: m 人类只探索了5%的海洋
! C! q; c& ` w8 X, H1 e 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。
& K* K. F, s; O2 r9 [ 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”。 0 b! n$ p- u# o I" r
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长满藤壶的塑料瓶
2 v8 I6 `* {, P9 W% i 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？
) {# U3 r8 ]2 I 塑料垃圾已经抵达海洋深处
4 ?% F% k5 H* v( G! u) }1 V% z: _4 d 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。 % n! d0 |4 z$ M5 B2 D! `/ V& S
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我国科研团队在采样点处检出大量微塑料 # _6 L3 ^5 c# _: p
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。 : j. Z- u/ @ E
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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探测器在马里纳亚海沟拍摄到的鱼类 ! o! R" [) b# H3 q; R, X
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。 ( K1 Q3 u3 a' ^! T; ]1 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。
+ B1 i1 n" V6 _0 ]# f/ y 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。 : s3 I. V% B6 z: |4 ]1 _0 G: l% R
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海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾 # q, ?0 v. X7 G' Q; |) {
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。
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