往馬里亞納海溝扔一塊磚頭

李軒暢

馬里亞納海溝是地球最低點(diǎn)，在太平洋海面11 265米以下，如果把喜馬拉雅山脈放進(jìn)海溝，還不能把它完全填滿。這樣壯觀的海溝究竟是怎樣形成的呢？地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，在地球板塊的運(yùn)動(dòng)中，太平洋板塊和亞歐板塊相互擠壓碰撞，結(jié)果密度較大的板塊被推進(jìn)地下，不斷凹陷形成深溝。馬里亞納海溝環(huán)境險(xiǎn)惡，在它的最深處漆黑一片，壓力巨大，達(dá)到1 000個(gè)大氣壓，理論上能夠瞬間將一輛坦克壓成碎片。

據(jù)此，有人設(shè)想：如果往馬里亞納海溝扔一塊磚頭，會(huì)不會(huì)還沒有沉到底就被壓碎了？或者說，因?yàn)樯詈５暮Ｋ芏却螅@塊磚頭最后會(huì)懸浮在深海中嗎？

這個(gè)問題真的需要研究一下。

在常規(guī)環(huán)境下，一塊普通磚頭在水中下沉的速度約為0.6米/秒。如果把磚頭扔進(jìn)海洋，情況就不一樣了。在深海極端低溫和高壓環(huán)境中，或是海底火山噴發(fā)的情況下，磚頭的下沉速度會(huì)受到很多復(fù)雜因素的影響。在馬里亞納海溝，情況會(huì)更加不同。

首先，從磚頭自身和海水密度的角度來思考下沉的問題。在通常情況下，只要磚頭的密度大于海水的密度，它就會(huì)不斷下沉。一般來說，磚頭的密度是1 800千克/立方米，海水的密度是1 025千克/立方米。雖然馬里亞納海溝海水的鹽度極高，密度會(huì)大一些，但是無論如何，也大不過磚頭的密度。從這一點(diǎn)來看，磚頭會(huì)一直往下掉。

接下來，我們?cè)購氖芰Φ慕嵌瓤紤]磚頭的下降情況。磚頭在海水中受到海水的浮力、自身的重力、海水的阻力三重作用。海水對(duì)磚頭是有阻力的，阻力的方向朝上，而且它的下降速度越快，阻力就越大。不過，這個(gè)阻力始終超不過磚頭所受的重力，即使這個(gè)重力會(huì)被浮力抵消一部分，也仍然會(huì)使磚頭繼續(xù)往下掉。也就是說，即使是在馬里亞納海溝，這塊磚頭還是要向下沉的。至于經(jīng)過多長時(shí)間這塊磚頭才會(huì)觸底，科學(xué)家測算的時(shí)間是2個(gè)小時(shí)左右，如果遇到洋流等問題，這塊磚頭的下沉?xí)r間會(huì)更久。

然后，我們?cè)賮砜纯催@塊磚頭會(huì)不會(huì)被壓碎。從壓強(qiáng)的角度來看，海洋的深度每增加10米，壓強(qiáng)大約增加101.325帕斯卡。馬里亞納海溝的深度大概是11 000米，相當(dāng)于磚頭的每平方厘米要受到1.1噸的重量，磚頭很可能被壓碎。但是，由于液體具有流動(dòng)性，其內(nèi)部各個(gè)方向都受到均勻的三向壓力的作用，磚頭的側(cè)向壓力約束了它受壓后的橫向變形，抑制了內(nèi)部豎向裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。所以，在三向壓力的作用下，磚頭的強(qiáng)度和抗變形能力都有明顯提高，也就不會(huì)出現(xiàn)被壓碎的情況。不過，由于磚頭并非一個(gè)球體，所以存在受力不均的情況，其外形可能會(huì)發(fā)生一定程度的變化。

總而言之，當(dāng)我們往馬里亞納海溝扔一塊磚頭，2小時(shí)至3個(gè)小時(shí)后，這塊可能有一些變形的磚頭大概率會(huì)沉到海溝底部。