海洋深處的水壓與深度有關，越深水壓越大。與鯨魚體內自帶氣壓調節不同，核潛艇內部由於人類的存在需要維持一個固定的大氣壓，內外存在著非常大的壓差，但是以現在的技術，想要壓成廢鐵，仍然比較困難。

1、水壓的計算

水壓的計算非常簡單，水壓公式如下，其與水的密度、重力加速度、水深成正比。忽略高度變化引起的重力加速度的變化，忽略溫度變化引起的水的密度的變化，那麼水壓與水深成線性關係，如下圖。

地球上最深的馬裡亞納海溝，水深11034米，取密度1000kg/m3，重力加速度10m/s2，那麼最深處的水壓為110MPa，約為1個標準大氣壓的1100倍。

2、核潛艇的受力

假設在最深處，核潛艇受到外壓1100atm，內壓1atm，如下圖。如此巨大的壓差，對核潛艇是個非常嚴峻的考驗。對於均勻的球殼，由於水壓是三向壓縮，球殼會有一定的縮小，但是厚度合適的情況下，不會被壓扁。

同理，核潛艇也是一個殼體結構，不管內部如何，只要厚度足夠，核潛艇就不會發生壓扁的情況。但是，實際情況卻遠非如此。核潛艇由於各種功能的需求，潛艇表明存在著大小不一的、無數多個開孔結構，這些孔洞的存在減弱了核潛艇的受力。在外載作用下，會在孔洞附近形成應力集中，很容易出現工作應力超出許用應力的情況。為此，需要在這些孔洞附近進行局部加強。潛的越深，加強的就越多。這樣會讓潛艇失去非常大的機動性，使得潛艇笨重。

通過結構設計，可以滿足一定水深下的潛艇的結構強度，這一點在力學上沒有任何問題。

3、鯨魚的受力

鯨魚的身體類似於潛艇的外殼，所以鯨魚的受力形式與潛艇類似，外層的水壓，和內層的內壓。對於潛艇，由於功能需要，內壓維持在1個大氣壓。但是對於鯨魚，內壓不需要維持，可以隨著水深而自動調節。這樣，內外壓始終不會有太大的壓差，從而保證鯨魚不會被壓死。

4、總結

潛艇由於功能的需求，內壓保持在1個大氣壓左右，因此內外壓差非常巨大。而鯨魚則會自動調節體內氣壓，從而抵消掉外部的水壓。

從力學的角度，設計一個可到達馬裡亞納海溝的潛水艇並不是很困難，我們總可以設計出一個抗110MPa水壓的結構，普通金屬的強度極限都超過了這個水壓。

簡單的來說一下這個問題吧，地球又被稱為“水球”，70%被水覆蓋，所以還有很多未知的部分。人類一直嚮往太空，而另外一個未知之地，那就是“深海”。一般水深超過200米以後，就可以稱為“較深的海域”了，地球上海洋全部計算起來，平均水深大概有3800m，也就是說，地球的平均水深和日本的富士山差不多。

不同領域的水深

水深以後會造成哪些問題，又是什麼概念，我想很多人不太明白，我就簡單的先對這個方面做一個簡要的說明。

• 水深1~3米

一般人類在海里面裸體潛泳的水深在1~3m之間，稍微專業一點的水肺潛水最多也就是40m左右，太深了也是伴隨著很大的風險。

• 水深100m

受過專業訓練的技術性潛水，其界限也就是100m左右。

• 水深200~300m

不穿潛水服的潛水，目前世界記錄為214m，是2007年澳大利亞的一位潛水愛好者達成的，可以說這個深度是人類的極限距離了。

• 水深300~500m

水肺潛水的記錄是332米，和日本的東京塔是一個高度。一般的潛水艇的航行深度為300~500m。

• 水深500~1000m

南極帝企鵝的最高潛水記錄為564m，帝企鵝的潛水能力在同類中是超群的，能夠在500m以下的水深情況下，潛水超過20分鐘。在這個水深領域，已經生活著一些不常見的深海魚了。比如在600m左右的深水中，生長著一種叫做“大鰭後肛魚”的生物，又叫管眼魚，有著透明的腦袋和管狀的眼睛。圖片看起來有一些違和感，因為並非是常規的動物。

• 漸深層（水深1000m~3000m）

超過1000m以後，稱為“漸深層”，這個深度幾乎是沒有陽光可以到達的，可以說是完全黑暗的世界。在水深1300m的地方，生長著一種叫做“哥布林鯊魚”的生物，據說是1.25億年前的史前生物。

在水深2000m左右的地方，生長著一種名為“蓬萊鱛”的“惡魔魚”，體長只有35cm左右。特點就是其頭部和牙齒，被科學家認為是為了在深海捕食而進化！

• 深海層（3000~6000m）

水深達到3000m以後，就可以叫做深海層了，深海層以後，其水溫只有1~2℃，水壓在300以上。此海層幾乎沒有魚類生存，但是卻有一個特例，那就是抹香鯨。體長在16~18m，頭部巨大，據說一生中有三分之二的時間在深海度過。科學家認為，抹香鯨之所以能夠在深海生存，是因為它能夠將氧氣存儲在肌肉中。

• 超深海層（水深6000m~）

水深超過6000m以後，被稱為“超深海層”，水壓超過600個氣壓。那麼是一個什麼意思呢？當你在6500m的深海游泳時，1平方釐米所受的力大約有680kg，你的手掌之上，相當於站著7頭大象。日本載人潛水調查船，曾經在深海6500m工作過。能夠在水深6000m以下進行作業的調查船，全世界也只有幾艘而已。

為何鯨魚能夠達到那麼深的海底？

在對深海的情況有一定的瞭解以後，我們再討論一下，為何鯨魚沒有問題。剛才也說了，大約200米的水深之處，就可以被稱為“深海”了，水深1000m的地方，1平方釐米所受的壓力大約為100kg，那麼深海魚為何沒有問題呢？

比如將人類或者鋼鐵做成的東西放到深海，會有什麼樣的結果呢？那麼會被水壓“擠破”。當外部受到足夠的壓力以後，內部的空氣會產生一個向外的力，就像上圖一樣，當一個鋼鐵做成的金庫，被扔到深海之中時，會因為內部的空氣，而從內部開裂。反之，如果你將一個裝滿水的塑料瓶放到深海中，反而不會被壓破。氣體要比固體以及液體，更加的不耐壓力。

換句話說，內部的空氣和外部的壓力保持平衡的話，就不會被壓破。上圖是一個漁夫打到深海魚之後的場景，上岸以後，深海魚內臟都突出來了，那是因為內部的壓力要高於外部。那麼，抹香鯨又是一個什麼樣的情況呢？抹香鯨的肌肉中，含有大量的肌紅蛋白，當潛水的時候，這些肌紅蛋白能夠吸收很多氧氣。一般的哺乳動物潛水的時候，會將空氣存儲在肺中，而抹香鯨將氧氣存儲在身體的肌肉之中。抹香鯨的肉呈現紅黑色，那就是因為肌紅蛋白的原因！

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海洋是一個巨大寶庫，各個深度上都有生命生存。著名的鯨中吃貨抹香鯨，能一口氣潛到2250米；水下8000米處有獅子魚在玩耍；甚至在11,000多米的馬裡亞納海溝，也有微生物存在。

跟這些肉身凡胎相比，鋼筋鐵骨的軍用潛艇就差遠嘍！

科研用的深潛器像個鐵疙瘩，不計成本的用最頂級材料對抗水壓，才下潛到11,000米。而軍用潛艇一般也就在200~600米水深活動，最厲害的蘇聯M級潛艇，用鈦合金製造，曾下潛到1250米，至今也無人逾越。

其實，潛艇輸掉比賽很正常：

海洋中每下降10.3米就增加1個大氣壓，1000米深處壓強為100Mpa，相當於每平方米承受1000噸壓力。

這個壓力聽起來很大啊，但那裡的魚兒表示沒感覺。就像我們生活在大氣海洋最底層，承受1個標準大氣壓，相當於10米高水柱壓在身上，可我們也沒感覺。要不是科學告訴我們有氣壓存在，我們都不知道那是啥玩意兒。

實際上，壓強不是關鍵，壓強差才是。我們把一個敞口玻璃瓶扔到海里，不論它下潛多深，瓶內外壓強一樣，它都不會形變破碎。

我們體內壓強與體外大氣壓平衡，也不會感覺到壓力。如果我們到外太空真空環境，就會面臨內壓大，身體膨脹的危險，必須穿宇航服保護。

抹香鯨能潛很深，因為它有特殊本領：

1、抹香鯨的胸腔富有伸縮性，肺泡間的隔膜都具有豐富的彈性纖，肺部可隨水深變化壓縮。縮小的肺停止氣體交換，阻止氮氣溶解到血液中。

2、抹香鯨的肌紅蛋白比其他動物高，血紅蛋白濃度也比人類高得多，貯氧能力很強。它在潛水前，就已經把氧氣貯存到肌紅蛋白和血紅蛋白中，供身體運動之用。肌紅蛋白表面有電荷，互相排斥，阻止堆積，使其濃度升高也能維持功能。

▲肌紅蛋白

3、顱骨內也有相應的構造，咽鼓管與耳朵鼓腔連通，幫助壓力平衡。它體內沒什麼獨立的密封空腔，呈一個緊密的整體，保持內外壓強平衡。雖然身體有輕微壓縮，但不會壓扁。

深海魚類也一樣，8000米深水魚生理結構跟淺水魚差別很大。它們的骨骼很薄，肌肉柔韌，纖維組織細密，表皮只有薄薄的一層，便於體內外水分交換。

▲8100米獅子魚

動物的細胞膜並不是封閉的，它像一個有很多門的房間，水可以進來，也可以出去。內外交換壓強一致，就化解了壓強差帶來的壓力。

但僅靠壓強一致，還不足以解決所有問題。一個泡沫紙杯，沉到1500米水下本身也會被壓縮，因為紙裡有空間。

生物細胞裡也有空間，蛋白質和脂肪也會被壓縮，又不象分子、原子間有強大作用力抵抗。為此，深海生物又進化出各種應對方式。

比如提前讓蛋白質分子變小，更加緊密；細胞膜用不飽和脂肪酸增強流動性，加快內外交換速度；用三甲胺氧化物（TMAO）加固蛋白質。

其實深海的魚兒也納悶，為什麼人在壓強小的環境中能生存呢？只能說一方水土養一方人，不同的環境造就不同的生物形態。

大潛深肯定有利於潛艇隱蔽，但是艇內有人，要維持標準氣壓。如果潛艇內部氣體增壓，能不能增加潛水深度呢？

理論上可以，人體能自我調節，緩慢的適應高壓環境。就像500米水深的潛水鐘裡，潛水員也能呼吸高壓混合氣體，工作數天才上浮。和風漫談原創，禁止抄襲。

但問題是，這樣的潛艇不能快速上浮。因為高壓下氮氣溶解在血液中，上浮過快，氮氣從血液中析出產生氣泡，形成血栓危及生命，導致“減壓病”發生。而不能快速上浮的潛艇，有什麼戰鬥力呢？

▲潛水鐘

所以，潛艇只能依賴結構設計和金屬材料對抗水壓，龐大的尺寸、高昂成本，也決定了它不可能任意增厚艇壁。再說，還有很多探測、觀察、武器設備要從艇內延伸出來，縫隙處都有巨大應力。

未來，無人潛航器快速發展，不再受人體生理極限約束，內外壓強平衡潛得更深，戰鬥力不可想象。當然，通信、偵察、武器問題也要同步解決才行。

綜上，鋼筋鐵骨的潛艇不如肉體凡胎的抹香鯨，這並不丟臉，我們要向大自然學習的東西還有很多很多。

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答：潛水艇內部需要住人，壓力維持在一個大氣壓左右，所以潛水艇內外存在很高的壓強差；鯨魚可以主動增加體內的壓力，來和外部壓強形成平衡，所以鯨魚能下潛到更深的深度。

根據液體壓強公式p=ρgh，可知海洋中的壓強和水深成正比，大約每下降10.3米，壓強增加一個大氣壓，一個大氣壓強是1.013*10^5pa，相當於每平方米麵積上，承受10噸物體的重力。

0~3米

該深度屬於人類常規的游水範圍，水性好的人無需任何防護也能應對。

10~100米

這屬於專業潛水員的活動範圍，由於水中壓力明顯增加，會導致人體內部的氣體壓力有所增加，潛水員再次返回地面時，一般要通過專業的減壓步驟，否則極易引發減壓病，是非常致命的。

100~500米

一般的潛水艇，極限深度在300米左右，俄羅斯特製的核潛艇，可以下潛到700米，這已經是核潛艇的極限了，在這裡，潛艇外部將承受70個大氣壓強的壓力，相當於每平方米上承受700噸的重力。

500~2000米

在這個深度下，陽光亮度逐漸降低到零，生物也少了很多，抹香鯨在捕食大王烏賊時，有可能下潛到2000米的深度，抹香鯨在下潛時，會縮減肺部的體積來增加體內壓強，從而和體外壓強形成制衡。

但是潛水艇做不到，因為潛水艇內部需要住人，壓力保持在一個大氣壓左右，否則人體承受不了。

2000~5000米

該範圍屬於深海區域，人類特殊製造的深海潛水器，可以下潛到該深度，比如我國的蛟龍號，最大下潛深度為7000米，外部承受的壓力也是非常驚人的。

5000~11000米

超深海範圍，極少有動物生活在這，但是一些經過特殊進化的深海動物，可以在這裡生存；2012年好萊塢大導演詹姆斯·卡梅隆，乘坐深海挑戰號下潛到11000米的深度，創造了人類的深潛記錄，潛水器回到水面後，長度直接被壓縮了7釐米。

對於壓強問題，其實一個大氣壓也是很高的，我們生活在大氣中，身體表面每平方米承受10噸的壓力，但是我們絲毫感覺不到，因為我們體內的壓強和外界相當，內外形成壓強相互抵消。

如果我們到了高原地區，外界壓強降低，身體就會有明顯變化；而深海魚到了淺海，也會因為體內壓強太高，導致身體破裂。

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一個實心一個空心。打個比方，水滴是構成大海的基本單位了，在馬裡亞納海溝裡面的水和海灘邊的水體積上也不會有太大區別。當然水是不能被壓縮的理論上。說鯨沒事那是不可能的，物競天擇，每種不同的海洋物種都有不同的下潛深度，適應不了水壓而已。生物構造還沒有到能夠抵抗巨大壓力的地步。現在的深海科研潛艇，就是努力做到抗壓也就是努力做到變得和實心體抗壓度差不多，當然是拿材料硬度去換取潛艇裡面的作業空間。

你往潛艇裡灌滿水，再深的海洋都可以下得去。

鯨魚是實心兒的

這是兩個不同的概念如果把內外壓力用某種方式達到平衡就沒有問題了！……

我覺得，那是內外壓，平衡的原因吧