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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。 ! u/ _$ K/ _2 h& ~$ o
. x" j2 ~9 \9 s O- w 比萨斜塔实验用到了两个重量不同的铁球 7 M. J- g% ]5 ?, w+ `/ c7 D
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。
" R! y2 I8 o" G- o 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。
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) ~$ d% J* y* y" Z' b i7 F) S “肩负重任”的铁球
' S8 w) ]# V) _& c& @: D* [" s6 J 神秘的马里亚纳海沟
5 p' w& J# m" K( h 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。
) ~; W Z4 t/ | 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。 0 K5 _$ G0 V/ ? Y" O7 l! q5 X9 L; l
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马里亚纳海沟可以说是地球的“第四极”
- l7 w6 j; i& A8 ?0 i0 ^ 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。
) ^; ^- d$ e) C1 R! l% d4 p 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。 0 A7 d5 G- A; r$ K N; O
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马里亚纳海沟的地形示意图 + D5 ?4 ]+ S3 _" _ Y5 Z3 r `
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。 , I/ f' f: i! t, N+ 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。 9 w5 o8 P4 [8 K! E1 ^4 s3 Y
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2014年发现的马里亚纳海沟狮子鱼
" A9 I* ]. U# X( 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 j" P# t" d4 h5 G% m5 d& R 把铁球丢下去多久能沉底？ }" d8 e8 M; S9 z ~( 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。
' |( G- L3 t( I: _ 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。 $ z+ J3 E+ H2 }! P! V
) z& r; J: {9 d1 U$ S 海水密度和温度（纬度）的关系密切
8 ?2 ^- L6 m: G# a 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。
0 l0 Y6 t7 w; z: ]0 p 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。 4 ?4 T3 P5 M2 L, j# J) E
; q9 V! C7 c6 [: b0 p) n 马里亚纳海沟附近海洋深度情况示意图
! a+ ~4 B! N" D! R/ \% T 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。
; a9 Q9 h2 C" E1 b. B7 t 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。
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铁球的密度总是大于海水密度的 + P* u0 O) p) [$ o* O# A2 Q& 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。 3 q4 Y: H) N/ T; r
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。 % G( a1 R+ @- R
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位于马里亚纳海沟海拔最低处的一根原木 1 ~7 H6 c7 X( X
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。 # C+ V9 f. J8 {" 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？ : K( U& G4 n: q: K; A
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压扁的铁球的构想图 & u8 ~1 I" H; [$ ^: a+ m
铁球会不会被“压扁”呢？. N0 l& @3 y6 \
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？ ; f2 ]' h) _3 R+ k6 K* p
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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1 d2 C* N0 Z" Q# p/ S 铁球或许仅有一点变形 , E1 x1 E+ R6 n1 I
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。 8 F. h3 s8 m1 b- g) a
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。 " y+ M% M4 B! b a% x" Y
5 t1 L8 Q; I( V2 F4 b 海中断崖是潜艇最大的威胁 + b8 G2 X0 \! a% Z
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。 & G r' [- Y7 C: Z! p. }* o! c
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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人类只探索了5%的海洋 q4 V, t- u% S) b 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。
n1 D) H" r5 C; p4 ~ 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”。 * }8 d- J) ~: t9 X
7 Z& b; ^8 m- U+ E% ~" c" b 长满藤壶的塑料瓶 2 U. M/ a: P j
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？ 9 U8 j& n) ?7 C
塑料垃圾已经抵达海洋深处
( ~) j! [! v8 {6 A/ R1 f; X1 Y 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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我国科研团队在采样点处检出大量微塑料 1 Z0 s9 V4 M( N1 f9 N e) z9 L
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。
0 c7 Z; B+ B# L9 p2 O 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。 5 ?2 p& C+ ?3 U. s/ y- P
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探测器在马里纳亚海沟拍摄到的鱼类
) Z% ]4 ]# h- U0 a. z- z 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。 4 x9 o& F3 F/ M
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。
}0 I( x, m5 C& P% V4 \5 |0 R6 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。
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海沟号深潜器拍摄到的塑料垃圾
- J! ~, o# s! K0 {3 O+ J2 x 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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