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作者:崔维成,宋婷婷

出版社:少年儿童出版社

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深海探索 下潜,下潜

深海探索 下潜,下潜试读:

图书在版编目(CIP)数据

下潜,下潜/宋婷婷,崔维成编著.—上海:少年儿童出版社,2018.4(深海探索)

ISBN 978-7-5589-0226-0

Ⅰ.①下… Ⅱ.①宋…②崔… Ⅲ.①深潜器—普及读物 Ⅳ.①U674.941-49

中国版本图书馆CIP数据核字(2017)第162658号深海探索下潜,下潜汪品先 主 编宋婷婷 崔维成 编 著陈艳萍 装 帧责任编辑 熊喆萍 美术编辑 陈艳萍责任校对 陶立新 技术编辑 陆 赟出版发行 少年儿童出版社地址 上海延安西路1538号 邮编 200052易文网 www.ewen.co 少儿网 www.jcph.com电子邮件 postmaster@jcph.com印刷 上海锦佳印刷有限公司开本 787×1092 1/16 印张 32018年4月第1版第1次印刷ISBN 978-7-5589-0226-0/N·1067定价 .00元版权所有 侵权必究如发生质量问题,读者可向工厂调换序言

对于人类来说,深海总是个谜。地球表面的主体,其实是深海不是陆地:水深超过2000米的深海,占据地球3/5的面积,可是人类进入深海,只有几十年的历史。几千年来,都以为深海没有光线,没有运动,没有生命,只会有鬼怪。几十年来才知道,黑暗的深海既有运动,又有生命。海底的火山比陆地多好几倍,深海的地壳运动和地形起伏都胜过陆地:马里亚纳海沟的深度,超过珠穆朗玛峰的高度两千多米。

那么海洋深处,哪里来的能量?来自地球的内部。地球内部的核裂变产生着巨大的能量,而大洋地壳薄,这种能量最容易从深海海底释放出来,或者通过岩浆作用从海底溢出,或者把渗入地壳的海水加热以后再喷出来。喷出来的物质和能量滋养着古怪的生物群,它们见不得阳光、碰不得氧气。所以地球上有两种生物圈、两个食物链:你我生活靠的是有光食物链,靠叶绿素进行光合作用制造有机物,所以说“万物生长靠太阳”,能量的来源是太阳里的核聚变,也就是氢弹的原理;而深海海底里的“黑暗食物链”,依靠细菌的化学合成作用制造有机物,源头是地球内部的核裂变,也就是原子弹的原理。

于是人类发现了一个完全陌生的世界:尽管是一团漆黑的深海,却照样有海水流动、生物繁衍,只是和我们在地面、海面看到的大不相同。这还不算,海底下面还有水流、有生命,甚至于玄武岩石头里也有微生物长期生存,它们的新陈代谢极慢,是真正“万寿无疆”的老寿星。深海资源如何利用现在并不清楚,不过有些海底下的宝藏已经在开发,首先是石油天然气。世界上新发现的大型油气田,主要都在深海;还有天然气水合物、金属硫化物,以及深海稀土矿等等,深海矿产的勘探方兴未艾。所以说,海洋开发的重心正在下移,从海面推进到海底。

不过人类是陆生动物,开发深海又谈何容易。海水每加深10米,就增加一个大气压力,人类如果以自己的肉身凡胎进入深海,不但淹死,还会压扁。因此深海从探索到开发,完全得依靠高科技。当前探索深海的技术手段,可以归纳为“三深”:深潜、深网、深钻。乘坐深潜器潜入深海,是人类直接探索深海的起步点,同时涌现了各种各样的无人深潜设备,进行更多、更广的“深潜”。“深网”是在海底铺设观测网,对深海进行不间断的实时观测,向上观测深层海水、向下观测地球深处,相当于把“气象站”、“实验室”放到了海底。“深钻”是用钻井船向海底下面打钻,探索海底下面的地壳,向地球的深部进军。近年来,我国在这三方面都取得了喜人的重大进展。

回顾历史,拓展海洋开发空间是人类社会发展的途径。16世纪,人类在平面上进入海洋,欧洲人通过越洋航海征服殖民地,赢得了五百年的繁荣。现在的21世纪,人类正在纵向上进入海洋,开发深海的资源,由此带来的社会效果目前还很难预计,但这正好是中国重新崛起的时期,给重振华夏带来了新的机遇。这两次开发海洋最大的不同在于手段,16世纪靠的是坚船利炮,21世纪靠的是高新科技。可以预期,随着进一步弘扬海洋文明,我国会有更多的青少年立志深海、投身科技,争取在人类开发深海的征途上,留下中国人的足迹!中国科学院院士 汪品先2018年1月挑战深海我们熟知的近海只是海洋非常小的一部分,在大海深处,在阳光无法到达的地方,有更加广袤的区域——深海。从古至今,人类就没有停止挑战深海的步伐,但却仅仅探索了它的1%~2%。每一个下潜到深海的人都发出过这样的感慨:那里荒芜,却有奇异的美感!古代有潜水员吗

漫游海底,与鱼儿一起在珊瑚丛中嬉戏起舞,是人们由来已久的愿望和遐想。而在古代却没有这么浪漫,人们冒险潜入海底大多是为了捕鱼采珠。最早的潜水员——采珠人

据考证,最早的潜水员应该是古代的海底采珠人。他们靠采集蚌壳为生,因为其中有美丽而珍贵的珍珠,但蚌壳大多生长在海底,因此采珠人必须冒险潜入海中。

波斯湾近海众多的珊瑚礁以及宽阔的浅滩,是珍珠蚌生长和繁殖的良好场所,自古就有“珍珠海岸”的美名。采珠人这一职业便应运而生。他们驾着渔船出海,到达目的地后,先取出一条结实粗大的长绳,一端牢牢地绑在船上,另一端系在腰上;然后戴上一种镜片由透亮的龟甲片制成的泳镜,用木夹夹住鼻孔,手持一把尖刀,抓着绳索潜入海底,在密密匝匝的珊瑚礁中艰难地搜寻珍珠蚌。采珠人的脖子上一般都挂有一个竹篓,采到的珠蚌就放在竹篓里。当他们感觉快要支撑不住时,就会用力摇动腰间的绳子,船上的人立即会将采珠人连人带竹篓拉到水面上。

纵然采珠人身缚粗绳,但还是常常会被恶浪吞没,或是被鲨鱼咬伤甚至咬死。除此之外,采珠人在海底还要承受缺氧的考验和来自海水的巨大压力。而在寒冷的冬天,海底逼人的寒气更是威胁着他们的生命安全!所以,采珠可以说是一种九死一生、以人易珠的危险职业……这种原始的采珠方法极大地损害着采珠人的身体健康,很多人因长年采珠而患有各种疾病。在墨西哥湾,在印度洋,在所有珍珠的产地,采珠人过着艰辛危险、朝不保夕的生活,每一颗珍珠都渗透着采珠人的血泪。采珠“海女”

当然,也有女性下海采集珍珠、鲍鱼、牡蛎及海绵,一般称之为“海女”。有种说法称女性更加适合潜海采珠,因为她们的皮下脂肪多,适合潜水;而且女性会根据自己的呼吸长短来调整潜水的时间,而男性则更容易因在水下逞强而遭遇不测。海女都“以胖为美”,越胖越受大家的喜爱!

日本采珠的“海女”据说已有2000年历史。近代随着珍珠养殖业的发展,珍珠大多靠人工培育,不再像从前那样潜海捕捞珍珠贝。但是日本的“海女”采珠,还是作为旅游表演节目保留了下来。海洋游牧民族——巴瑶人

说到潜水,不得不提巴瑶族,他们以海为家,是一个没有国籍的海洋游牧民族。数百年来,巴瑶人世世代代生活在东南亚海域,依靠潜水打鱼为生,鲜有踏足土地。因此在巴瑶族,人人都是潜水高手,他们在学会走路之前就先学会了游泳,可以徒手下潜到30米甚至更深的海域。为应对水压,巴瑶人在幼年时就会故意戳穿自己的耳鼓膜,以减少潜水时的痛楚。

为了避免争端和保护海洋资源,一些周边国家政府让巴瑶人上岸定居,“海洋牧民”正面临消失的危险。潜水采珠,在中国古代留下了许多精彩的故事和传说。比如南北朝时北部湾的合浦产海珠,由于过度采集,珍蚌绝迹。后来孟尝来当太守,恢复生态环境,珠蚌又回来了,采珠业也恢复了,这就是“合浦珠还”的故事。清朝《镜花缘》里有个故事:君子国的海女廉锦枫潜水采海参供母食,被青丘国的渔民网住绑在船头出卖,来自大唐国的唐敖出银赎救。得了自由的廉锦枫当即纵身重返大海,剖开海蚌,采回明珠,报答恩人。这个故事,20世纪20年代曾被梅兰芳排演成京剧《廉锦枫》。自由潜水

像采珠这种不携带空气瓶,只通过自身肺活量调节呼吸屏气下潜的方式,逐渐发展为一种运动——自由潜水。如今,自由潜水的世界纪录已经超过水深100米。人类能潜入多深的海底

潜水,要解决的主要问题是呼吸。自由潜水,只要呼吸压缩后的普通空气就行。但是随着潜水深度的增大,压力随之增大,空气中的氮气会渗透到人体的中枢神经系统细胞里,引起“氮麻醉”。因此,时间较长或者深度较大的潜水,就要有专门的装备。这种装备叫水肺,它可以保证潜水员的呼吸。这种潜水方法叫水肺潜水,气瓶里装的是惰性气体氦和氧的混合气体。这是因为氦气的麻醉效应远低于空气中的氮气。潜水最大的威胁——减压病

潜水不光是呼吸的问题,人潜水时面临的另一个威胁是减压病。

潜水员呼吸的混合气体中,有一些气体,比如氦气,并不参与人体的新陈代谢,只是溶解在人体组织中,我们称之为中性气体。潜水员在返回水面过程中,如果上升过快,或上升幅度过大,溶解在人体组织中的中性气体就会逸出,形成气泡。这就好比可乐,在瓶盖未打开前,由于瓶内有一定的压力,二氧化碳溶解在可乐中,但打开可乐瓶时,瓶内压力顿时减小,原来溶解的二氧化碳就会逸出,形成气泡。这些气泡在人体内会阻碍血液流动,引起减压病,轻者关节痛,重者瘫痪,甚至死亡。

因此,早期潜水员在完成潜水任务后,必须在减压舱里逐步减压,再回到海面上来。而减压舱的作用就是慢慢地减压,不让气泡产生,使得气体在安全范围内一点一点排出。到底得多慢呢?一次十几分钟的100米水深潜水作业,可能需要长达6小时以上的减压过程,减压需要的时间远远超过了作业时间,工作效率极低。饱和潜水

解决减压病的办法就是1957年发明的“饱和潜水”技术。潜水员先在舱内加压,使得体内的气体完全饱和;然后就可以在深水的高气压下工作几天,甚至几十天,等任务完成后再一次性减压出水。这是因为如果在高压下逗留到一定的时间,人体血液和组织里所渗入的气体就会达到饱和,以后只要压力不变,即便延长逗留的时间,血液和组织里的气体含量也不会改变。

饱和潜水极大地提高了工作效率。现在无论是海底救生、施工、勘探,或者科学考察,凡是潜水员直接暴露在水深超过100米的高压环境的水下作业,都必须采用这种饱和潜水技术。一次偶然的发现

饱和潜水的设想源于美国一位乡村医生一次偶然的发现:人如果在高压下逗留到一定时间,血液和组织里渗入的气体就会达到饱和程度,只要压力不变,即使再增加停留的时间,血液和组织里的气体含量也不会改变。这就像一只杯子,装满水后,无论再花多长时间注水,效果总是一样的。潜水员的重要装备

潜水员还有一个保护身体和体温的重要装备——潜水服。早在500年前,达·芬奇就曾设计过皮质的潜水服。现在最先进的潜水服,又叫大气压潜水服。它其实不是衣服,而是一个小型的单人潜水器。它由金属或塑料制成盔甲的形状,还带有推进装置,人穿上后,肢体关节可以活动。由于潜水服里保持一个大气压的压强,潜水员就没有“加压”“减压”的问题。目前最好的大气压潜水服,能够供人在水深超过700米的深水工作。潜水服也是科学家深海考察的装备,有“深海女王”之称的美国海洋学家西尔维·厄尔,就曾经身穿大气压潜水服,在夏威夷380米深的海底行走、观察了两个半小时,创造了女子深潜的纪录。向着更深的海底进军深海总是能激发人们的无穷想象,那是一个怎样的世界?是《西游记》里孙悟空大闹海底的龙宫,充满了奇珍异宝,还是《海底两万里》中尼摩船长驾驶神秘的“鹦鹉螺号”潜艇历经的美丽的珊瑚谷、凄凉的海战坟场……大家都期盼着能到那个神奇的地方一探究竟。风靡一时的“深海潜水球”“下海”难,难于“上天”,这其中最大的难处之一就是压力。水深每增加10米,就增加一个大气压。一个泡沫塑料的杯子放到几千米的深水里就会缩小成原来的几分之一,所以深海潜水只能借助耐高压的潜水器,而且潜水员不能像航天员那样走出舱外。耐高压的“潜水球”

1894年,意大利有个叫波左的工程师提出,为克服深海高达几百甚至上千个大气压的压力,潜艇最好做成圆球形。因为圆球在任何一个方向上所承受的压强都是相等的,是物体受挤压时的最理想形状。波左的设计思想引来了许多潜艇制造的追随者,他们提出了各种各样的具体建造方案,并将这种耐高压的圆形容器称为“潜水球”。“深海潜水球”在美国华盛顿的国家地理博物馆展出第一具深海潜水器——“深海潜水球”

人类历史上第一具深海潜水器——“深海潜水球”,是由美国生物学家威廉·毕比和设计师奥蒂斯·巴顿联合设计的。它由铸铁制造而成,能耐受深海的高压。潜水球直径1.37米,壁厚32毫米,有3个圆形小窗户,可以观察深海的美景;里面备有自供氧气筒,而人呼吸出来的湿气和二氧化碳,分别由氯化钙和碱石灰吸收。巴顿将“深海潜水球”悬挂在一根1068米长、2厘米粗的铁索上,上面还包裹着电线和电话线,为水下的潜水者供电和通信所用。下海时,利用滑轮和索具将潜水球慢慢放入水中;上来的时候,也要靠铁索把潜水球吊上来。就这样,毕比和巴顿进行了数十次的下潜,甚至在1934年下潜到934米的深度,创造了当时最深的潜水纪录。轰动一时的实况转播

每一次下潜,毕比和巴顿都会通过电话向船上描述他在海底看到的神奇生物。1932年9月22日,他们还通过无线电向美国和英国的广大听众进行了实况转播,轰动一时。

但是,也有很多人并不相信毕比和巴顿的海底所见,认为他们是在想象甚至撒谎,因为他们描述的完全不像是地球的生物,而好像是进入了外星球。不过,这也由此激发了一些科学家下潜到深海去进行验证的欲望。1934年毕比(左)和巴顿(右)乘坐潜水球创造了934米深潜纪录潜水球的局限

整整15年过去了,没有人可以突破毕比和巴顿创下的934米深的纪录。因为随着深度的增加,铁索必然将不断加长,在增加到一定限度时,铁索会因自身的巨大重量而断裂,更不要说还吊着一个沉重的潜水球。想要到达更深的海底,必须放弃钢缆悬吊!第一次探底“挑战者深渊”“挑战者深渊”是太平洋马里亚纳海沟最深处,同时也是海洋最深的地方。它像是倒插入海底的珠穆朗玛峰,但是深度要比珠穆朗玛峰的高度大得多。目前,对于“挑战者深渊”的深度,国际上还没有明确定论,各国测量结果也略有差异,但都集中于11000米左右。下潜到“挑战者深渊”是每一个深海探险者的终极目标。一个鬼才的新思路

瑞士物理学家、工程师奥古斯特·皮卡德堪称科技鬼才。他知识渊博、精通机械,又是一位勇敢顽强、不畏艰险的探险家。他曾与爱因斯坦合作,开展宇宙射线的研究,并亲自乘坐自己设计的热气球飞上高空进行观测,创下了当时飞行的最高纪录。和“上天”一样,“入海”是奥古斯特的另一个童年梦想。他利用自己在热气球方面的经验,制造了一个“水下气球”式的潜水器,完全抛掉了铁索。潜水器可以自由地上浮或下沉,也避免了因铁索断裂而直接导致舱内人员死亡的危险。随后,奥古斯特与儿子雅克·皮卡德全身心地投入到深潜器的设计工作中,最终研制出第一台真正意义上的载人潜水器——“的里雅斯特号”。1953年的“的里雅斯特号”:大的是浮力舱,下面的小球是载人的潜水球“的里雅斯特号”“的里雅斯特号”的载人舱与之前的“深海潜水球”相比,在材料和性能上有了巨大的改进。它的观测窗由树脂玻璃(甲基丙烯酸甲酯)制成,这是一种新型塑胶制品,发明于第二次世界大战期间,主要用于飞机舷窗。而“深海潜水球”的观测窗是由石英制成的,相比之下,树脂玻璃就坚固得多。此外,“的里雅斯特号”还配有巨大的“汽油包”。汽油比海水轻得多,可以为潜水器提供返回海面的足够浮力。“汽油包”下面的桶中装着满满的铁珠,重达几吨。桶口由吸

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