包“螺”万象之下潜深海的启迪

徐小龙

了解了海螺及螺旋的万千奥秘后，我们终于要乘坐潜水器下潜到万米深海了。你知道吗，潜水器之所以能下潜万米深度，也是因为受到了螺的启迪哟！

万米浮沉

虽然万米载人潜水器安装了螺旋桨推进器，但这并不是它的主要动力源，如果潜水器依靠螺旋桨推进器上浮的话，会对动力系统及螺旋桨的性能要求非常高，一旦断电、断油或者螺旋桨发生故障，潜水器就面临无法上浮的危险，里面的人员更是危在旦夕。

其实，万米载人潜水器在完成深海任务后，单凭“浮力外壳”的自身浮力就可以上浮返航。螺旋桨推进器只是处于待命状态，万一出现险情，比如供氧系统故障，需要急速返航，才会作为应急系统启动旋转，保证潜水器快速安全地返回海面。

“浮力外壳”的研发也不是一蹴而就的，二十世纪著名的“的里雅斯特”号潜水器的“浮力外壳”竟然酷似一艘巨大的飞艇，球形载人舱挂在“飞艇”的下面。

经过几十年的技术改进，我国的“蛟龙”号、“深海勇士”号以及万米载人潜水器“奋斗者”号，都使用了十分轻便的浮力材料外壳，就像给载人球舱穿了一件救生衣。

如果潜水器需要停留在一定深度的海水里开展工作怎么办？完全依靠外壳浮力的话，潜水器很难实现稳定的悬停。“秘密武器”就在潜水器的肚子里！到底是什么呢？揭晓答案前，让我们先看看自然界的海螺都有什么绝招儿吧！

海洋活化石

在5亿多年前的地球上，海洋里生活着两种巨大的头足纲海螺，它们就是鹦鹉螺和菊石。它们到底有多大呢？考古学家研究发现，最大的鹦鹉螺化石长达10 米，差不多跟一个小型摩天轮那么大！

随着时间的推移，菊石逐渐灭绝了，而鹦鹉螺却得以延续，只是体形不再庞大。现存的鹦鹉螺最大也不过20 多厘米，是真正的“海洋活化石”，很多国家都将其列为濒危保护动物。

除了小说《海底两万里》中的“鹦鹉螺”号潜艇以外，现实中，美国的第一艘核潜艇就叫“鹦鹉螺”号，法国的深海潜水器也叫“鹦鹉螺”号。

同学们可能会有疑问：为什么潜艇和潜水器都那么热衷于取“鹦鹉螺”这个名号呢？海洋里有那么多动物，为什么不叫“虎鲸”号、“鲨鱼”号、“鳗鱼”号呢？

一定是鹦鹉螺给人类留下了深刻印象！

鹦鹉螺大多生活在热带海洋中，平时喜欢栖息在海底的珊瑚礁及岩石上，日落后才出来活动。普通的海螺只能在海底爬行，而鹦鹉螺却可以在海里游动，灵活得像一条“开着房车”的章鱼！

科学家研究鹦鹉螺的“房车”后发现，里面由隔板分成了几十个“房间”。最外层，也是最大的“房间”，是鹦鹉螺柔软身体的“起居室”。里层的所有“房间”都是空的，叫作气室，它们都由一根气管连通着。

鹦鹉螺需要上浮时，就把气室里的水排出，需要下沉时就往气室里注水。

科学家深受启发，现代潜艇和深海潜水器都是利用这个原理实现了灵活的上下浮沉，所以命名时当然要选择“鹦鹉螺”。

所以，潜水器肚子里的“秘密武器”就是一套和鹦鹉螺类似的“浮力系统”，由压载水舱和高压气罐组成。上浮时，高压气体注入水舱，水舱里的水排出，减小了潜水器的重量;下沉时，海水灌入水舱，增加了潜水器的重量。

同学们可能又要问了：潜水器为什么不模仿鱼的鱼鳔呢？

浮沉原理

鱼是如何通过鱼鳔实现上浮下沉的呢？

我们首先要懂得一个原理——“阿基米德浮力原理”。

没错，又是那个想要撬动地球，还发明了螺旋水泵的科学家——他确实很厉害！阿基米德发现：物体所受的浮力，等于物体下沉静止后排开液体的重力。这里需要注意“排开液体的重力”，说明体积越大的物体“排开液体”越多，在水中获得的浮力也會越多。了解了这些，我们继续说鱼鳔。

鱼鳔有两个气室：一个是大气室，没有鱼骨的包裹;一个是小气室，有鱼骨的包裹。

鱼想要下沉时，挤压腹部，肚子瘪了，大气室的气体压缩进了小气室，在鱼骨的包裹下，小气室体积变化不大，里面的气体变成压缩气体。瘪肚子的鱼，体积减小了，排开的水减少了，在水中获得的浮力相应也减小了，于是开始下沉。

鱼想要上浮时，小气室的压缩气体快速注入大气室，鱼肚子鼓了起来，鱼的体积变大了，排开的水也增多了，在水中获得的浮力相应也增大了，于是开始上浮。

鱼想要悬停时，小气室和大气室只需要不断调整气体量，达到浮力和重力平衡，就可以停在一定深度。如果鱼正在吃东西，体重逐渐增加，小气室也会不断往大气室注入气体，增加一些浮力，让鱼保持在一定深度。

鱼的鱼鳔和鹦鹉螺的气室最大的不同就是：鱼鳔是通过变化体积，增加或者减少排开的水，实现浮力的变化，体积大一些就上浮，体积小一些就下沉;鹦鹉螺的气室是通过调节自身重量，从而实现重力的变化，重力小一些就上浮，重力大一些就下沉。

可无论是潜艇，还是深海潜水器，都很难实现“体积”的变化，所以模仿鹦鹉螺的气室，似乎更适合深海潜水。

爆破海参

我们第一期提到过深海“压力山大”，那么，在深海，体积的变化有时候是致命的。曾经，“蛟龙”号载人潜水器将深海几千米的紫色大海参作为生物样品带回海面，就发生了“悲惨的一幕”。

紫海参早已适应了深海的海水压力，它腔体内也保持着和深海海水一样的压力，所以它能够在海底自由活动，不会感觉“压力山大”。但它作为样品被“蛟龙”号带回时，它的身体就像一个“高压气罐”，腔体内的气体依然保持着深海的压力，但随着上浮，体外海水的压力越来越小，体内的气体不断被释放，直至它的皮肤无法承受……“嘭”——海参爆炸了！

看来，鱼鳔调节浮力的方法到了“压力山大”的深海是有很大风险的，很有可能自身难保呀！