潜艇|鲸鱼是肉做的，潜入万米深都没事，而钢铁打造的潜艇容易被压扁？鲸鱼|钛合金|哺乳动物

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鲸鱼下潜到深海依然安全无恙，而钢铁打造的潜艇在水下却很容易变形，要想了解这一差异，首先就要从鲸鱼和潜艇的下潜原理说起。
首先，鲸类和潜艇最多能下潜多深？海洋中有很多哺乳动物都是深潜高手，鲸类是其中的杰出代表。在2014年，发表在《PLOS ONE》上的一篇调查称，研究人员用卫星链接标记的方式追踪了8只柯氏喙鲸的下潜活动，结果发现，这些柯氏喙鲸最深的潜水深度为2992米，平均下潜时间超过130分钟。
【潜艇|鲸鱼是肉做的，潜入万米深都没事，而钢铁打造的潜艇容易被压扁？】▲上图是不同海洋哺乳动物的最大下潜深度，柯氏喙鲸以2992米的深度占据着榜一位置。
2992米，这是目前人类已知的鲸类动物所能达到的最大下潜深度。在此之前，人们观测到的抹香鲸最大下潜记录则为2250米，南象海豹达到的最佳下潜深度为2133米。
反观人类，在不加辅助设备的情况下最大下潜深度只有100米左右。借助先进的潜水设备，人类目前已经可以到达世界海洋的最底层——马里亚纳海沟，对应深度约为1.1万米。
▲“深海挑战者号”
至于题主所说的钢铁打造的潜艇，指的应该是军用潜艇。在一战期间，核潜艇的船体一般采用碳钢材质，最大下潜深度仅仅只有100米。到了二战时期，各国引入了强度更高的合金钢，最大允许下潜深度达到了200米。
为了进一步超越极限，苏联曾采用强度更高的钛合金来建造潜艇，最大下潜深度成功突破了1000米。和传统的钢材相比，钛不仅强度更高，而且也使潜艇的隐身性能大大提高。
然而，金属钛非常稀有，用来建造潜艇的话成本会非常高，这也使得钛合金潜艇的建造被迫终止。因此，目前世界主流的军用潜艇采用材料的依然是合金钢。
为什么鲸类能安全地下潜到深海？无论是抹香鲸还是柯氏喙鲸，这两大“深潜能手”在下潜时都必须要解决好两个问题，一是控制屏气时间，二是抵抗外界的巨大压力。
由水下压强公式P=ρgh可知，水下的压力与下潜深度成正比，下潜深度每增加10.3米，压力就相当于增加了一个大气压。
鲸类在和其他海洋哺乳动物在下潜到100米左右的水深时，承受的压力足足有10个大气压，这足以瞬间压垮一辆中空的油罐车。
和军用潜艇不同，鲸类身体内部的压力是可调节的。通过缩小肺部的体积，鲸类就能增加内部的压力，这样一来内外压力就相互抵消了。
需要注意的是，鲸类肺部的容量和体积是有一定限度的，用来调节内部压力的能力也是有限的。随着下潜深度不断增加，外界压强越来越高，肺部的气体也就越来越少——等到肺部的气体被压缩殆尽时，鲸类就无法在继续下潜了。
▲不同动物在水下的最大屏气时长。柯氏喙鲸的最大憋气时长达到了3小时42分钟，人类的最大憋气时长只有20多分钟。
那么问题来了，肺部被压缩的气体去哪里了呢？事实上，鲸类的呼吸机制比较特殊，血液中的氧气和血红蛋白紧密结合在一起，以氧合血红蛋白的形式在体内储存。鲸类动物的肌红蛋白和血红蛋白含量远高于人类，肺部的氧气在外界压力作用下被不断地转移到了血液和肌肉中。
还有一些科学家认为，鲸类还能够将肺泡中的氮气转移到血液中，从而进一步增大内部压强。大家都知道，空气中有21%的含量是氧气， 78%的含量是氮气，这两种气体占到了总量的99% 。
因此，利用并转移氮气的“技能”无疑会进一步增强鲸鱼调节内部压强的能力——这一点也是人类所不具备的。
▲柯氏喙鲸
另外，鲸类还可以通过降低新陈代谢来控制心跳和血流速度，流线型的身体也有助于滑行下潜，减少了能量开支，这些都进一步延长了鲸类的屏气时间。
军用潜艇为什么容易被海水的高压压扁？和鲸类等哺乳动物不同，军用载人潜艇内部的气压是恒定的，也就是一个标准大气压。因此，潜艇要抵抗海水的巨大压力，只能通过增强材料的强度来实现。