抹香鲸深吸一口气,悄悄一甩壮硕的尾巴,从头潜入海面以下。如今,它的体内储蓄了接下来45分钟内保存所需的一切,打猎起头了。此次的猎物是一条巨型鱿鱼。鱿鱼身体柔韧,触须上长着可怕的吸盘,坚硬的喙看起来颇有几分骇人。要找到猎物,抹香鲸必需潜入大海深处阳光无法抵达的暗中世界。它下潜的深度凡是是500~1000米,最深可达2千米。暗中的深海中,抹香鲸靠高定向声呐探测猎物的踪迹,期待猎物靠近带来的微弱反响。巨型鱿鱼仍在毫无防备地游弋,因为它听不见任何声音。
在深海中,抹香鲸最珍贵的储蓄就是氧气,氧气所驱动的化学反响为运动的肌肉供给了能量,抹香鲸要借此维持生命。不外,从大气中摄取的气态氧到了深海中会成为一种承担。事实上,从抹香鲸潜入水中的那一刻起头,肺里的空气就成了费事。每下潜1米,它接受的外部水压就多一分。氮分子和氧分子不竭碰碰相互,也碰碰着肺壁,每次碰碰城市产生一个极小的推力。
在水面上,抹香鲸身体表里的推力是平衡的,但跟着它不竭下潜,身体接受的水压越来越大,由外向内的推力超越了由内向外的推力,于是肺壁依靠向内塌陷让表里压力从头平衡。抹香鲸的肺逐步缩小,每个分子拥有的空间也遭到挤压,因而碰碰变得愈加频繁,那意味着单元面积的肺壁将接受更多碰碰,肺内压强也随之增大,曲至与外界压强相等。水下10米深处的水压相当于尺度大气压的2倍。在那个深度,虽然抹香鲸还能轻松看到水面上的工具(只要它愿意去看),它的肺仍会缩小到本来的1/2。那意味着分子碰碰肺壁的次数增加了1倍。但是,鱿鱼的位置可能在水下1千米,在那个深度,抹香鲸的肺会缩小至它在水面时的1/100。
那头抹香鲸末于听到了反响,如今它必需带着缩小的肺,依靠声呐的指引在无垠的暗中中驱逐战斗。巨型鱿鱼有本身的兵器,抹香鲸就算最末获胜,也可能身负重伤。如果没有肺里的氧气,它底子无法获得战斗所需的能量。
肺部缩小会带来什么问题呢?若是肺的体积酿成了它在水面时的1/100,那么肺内气体的压强就会增加到尺度大气压的100倍。血液中的氧气和二氧化碳在玲珑的肺泡里完成交换,若是压强过大,多余的氧和氮就会在那个过程中消融到抹香鲸的血液里。那些多余的气体可能形成严峻的后果,潜水者称之为“减压病”。在抹香鲸返回水面的过程中,多余的氮气会在血液里构成气泡,毁坏机体。从演化的角度来说,抹香鲸独一的对策是从分开海面那一刻起彻底封闭肺泡。好在它能够通过血液和肌肉中额外储蓄的氧气获得足够的能量。抹香鲸体内的血红卵白浓度是人类的2倍,肌红卵白(肌肉中贮存能量的卵白量)浓度则是人类的10倍。抹香鲸会在海面上填满那个庞大的储蓄库。抹香鲸深潜时绝不会动用肺里的空气,那其实太危险了。不外在水面以下,它可以操纵的不单单是吸入的最初一口气,肌肉中储蓄的额外补给也会撑持它的保存和战斗。
谁也没见过抹香鲸大战巨型鱿鱼。但人们在抹香鲸尸体的胃里发现过鱿鱼的喙,那是鱿鱼身上独一不克不及被消化的部门。能够说,每一头抹香鲸的胃都记录着它获得成功的次数。得胜归来的抹香鲸游朝阳光,它的肺渐渐膨胀,恢复血氧供给。跟着外部压强不竭减小,肺的体积也会逐渐回到本来的大小。
奇异的是,在理论中,复杂的分子运动颠末复杂的统计学处置后,竟能得出较为明白的成果。确实有无数分子以差别的速度碰碰了无数次,但重要的参数其实只要两个:分子运动的速度范畴,以及分子碰碰容器壁的均匀次数。碰碰次数和每次碰碰的强度(取决于分子的速度和量量)决定了气体压强。内部和外部气体压强的比例决定了气体体积。不外,温度带来的影响又有一点差别。
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