Какое давление испытывает рыба плавающая в море

Давление под водой в морских глубинах: как измерить

Со школьных лет всем известно, что вода плотнее воздуха. Из-за этого изменение давления под водой с погружением происходит быстрее, чем смена его при увеличении высоты. Так, при спуске на 10 метров происходит рост давления на одну атмосферу. В глубоких океанических впадинах, достигающих 10 тысяч метров, этот показатель составляет 1 тысячу атмосфер. Как узнать, как изменяется давление под водой и как оно влияет на живых существ, будет описано ниже.

Физические расчеты

Плотность соленой морской воды на 1-2% выше показателя пресной жидкости. Поэтому с определенной точностью можно высчитать, какое давление под водой, потому что при погружении на каждые 10 метров происходит его рост на одну атмосферу. К примеру, подводная лодка на глубине 100 метров испытывает давление в 10 атмосфер, что можно сравнить с показателями внутри парового котла в паровозе. Из этого следует, что каждому слою в море соответствует свой гидростатический показатель. Все подводные лодки снабжены манометрами, которые измеряют давление воды за бортом, на основании чего можно определить степень погружения.

На большой глубине становится заметной сжимаемость воды, поскольку ее плотность в глубоких слоях выше, чем на поверхности. И давление растет быстрее, чем по линейному закону, из-за чего график слегка отклоняется от прямой линии. Дополнительное давление, вызванное сжатием жидкости, увеличивается пропорционально квадрату. При спуске на 11 км оно составляет около 3% от всего давления на этой глубине.

Как исследуют моря и океаны

При изучении используются батискафы и батисферы. Батисфера — это стальной шар с пустотой внутри, который выдерживает очень высокое давление морских глубин. В стенку батисферы ставится иллюминатор — герметичное отверстие, закрытое прочными стеклами. Батисферу с исследователем опускают с корабля на стальном тросе до того слоя воды, который не может осветить прожектор. Благодаря этому приспособлению удавалось спуститься до 1 км. Батискафы с батисферой (укрепленной внизу большой цистерной из стали), которая заполнена бензином, может достигнуть еще большего погружения.

Поскольку плотность бензина меньше воды, подобная конструкция может перемещаться в море, словно дирижабль в воздухе. Вместо легкого газа используется бензин. При этом батискаф снабжен запасом балласта и двигателем, благодаря которому он, в отличии от батисферы, может перемещаться самостоятельно, не требуя связи с кораблем на поверхности.

Исследования давления под водой на глубине

Поначалу батискаф плавает по воде, словно всплывшая подводная ложка. Для начала погружения в пустые балластные отсеки вливается забортная вода, из-за чего конструкция начинает опускаться под воду все глубже и глубже, пока не достигнет дна. Для всплытия на поверхность выполняется сброс балласта, и без лишнего груза батискаф легко поднимается на поверхность.

Самое глубокое погружение с использованием батискафа было выполнено 23 января 1960 года, когда он пробыл 20 минут в Марианской впадине на глубине 10919 метров под водой, где давление составляло более 1150 атмосфер (расчет проводился с учетом повышения плотности жидкости из-за сжатия и солености). По итогу эксперимента исследователи обнаружили живых существ, обитающих даже в таких труднодоступных местах.

Давление воды

Ныряя, аквалангист или пловец сталкивается с гидростатическим давлением по всей поверхности тела, при этом оно превышает нормальные показатели его организма. Хотя тело водолаза может не соприкасаться с водой напрямую за счет резинового костюма, он сталкивается с тем же давлением, что оказывает влияние на тело пловца, поскольку воздух в скафандре требуется сжать с учетом показателей окружающей среды. Из-за этого даже подаваемый через шланг воздух для дыхания должен закачиваться с учетом давления воды на предполагаемой глубине. Тот же показатель обязан быть у воздуха, доставляемого из баллонов в маску аквалангиста. Таким образом, ныряльщикам приходится дышать воздухом с непривычными показателями.

Не поможет от давления и водолазный колокол или кессон, поскольку в нем следует сжать воздух, чтобы он не попал под колокол, то есть увеличить до показателей окружающей среды. По этой причине при постепенном погружении происходит постоянная подкачка воздуха с расчетом на давление воды на достигнутой глубине.

Высокие показатели плохо влияют на самочувствие и здоровье человека, из-за чего есть определенный предел, до которого могут работать люди без вреда для здоровья. Обычно при нырянии в водолазном костюме он достигает 40 метров, что соответствует 4 атмосферам. Опуститься на большую глубину водолаз может только в жестком скафандре, который примет на себя давление воды. В нем можно спокойно погрузиться до 200 метров.

Влияние на здоровье человека

При долгом нахождении под водой при высоком давлении немалое количество воздуха растворится в крови и других биологических жидкостях тела. Если произойдет быстрый подъем водолаза на поверхность, то растворенный воздух начнет выделяться из крови в виде пузырьков. Резкое выделение пузырьков может привести к появлению сильной боли по всему телу и привести к кессонной болезни. Поэтому поднятие водолаза, долго проработавшего на большой глубине, может занять много времени (несколько часов), чтобы растворенный газ выделялся постепенно и без пузырьков.

Давление в море и морские животные

Хотя ранее были указаны огромные значения давления, имеющего место на дне моря, для морских животных это не столь существенные показатели. Местные обитатели могут в течении суток легко и спокойно переносить огромные колебания этого показателя. Однако некоторые такие животные очень плохо переносят резкую смену давления. К примеру, при извлечении на сушу морской окунь раздуется, особенно если его очень быстро извлечь из воды.

Атмосферное давление под водой достаточно просто рассчитывается. Достаточно запомнить, что на каждые 10 метров приходится 1 атмосфера. Однако на больших глубинах вступают в силу и другие показатели, такие как сжатие и плотность воды. В связи с чем придется проводить расчет с учетом этих значений.

Источник

Как глубоководные рыбы выдерживают огромное давление воды?

Тела морских обитателей 6-8-километровых глубин при подъеме на поверхность почти не деформируются. Откуда же такая прочность? У глубоководных рыб плавательный пузырь заполнен не воздухом, а жировой жидкостью. Ее давление уравновешивается с наружным, и рыбы не тонут и не всплывают. Как известно, жидкость почти не меняет объема при перепаде давления. Именно это и позволяет глубоководным рыбам выдерживать тяжесть огромной толщи воды.

Океаны и моря могли бы поглотить самые высокие горы, настолько чудовищны их глубины. Мы можем представить себе гору высотой 8–9 километров, но представить себе глубину океана 8–10 километров трудно даже людям с богатым воображением. Такие глубины, однако, есть, и здесь тоже обитают живые существа. Сравнительно недавно, лет 100 назад, о жизни в океанских глубинах было известно совсем мало, и любознательность человека могла питаться лишь фантазией поэтов, изображавших морские глубины, населенными ужасными чудовищами. Но современная наука раскрыла многие тайны моря. Рыбы извлечены из глубин 7000 метров, но и это не предел распространения глубоководных рыб.

Как же рыбы выдерживают тяжесть слоя воды толщиной в несколько километров? Им это не причиняет никаких болезненных ощущений. Дело в том, что тело, мышцы и кости рыб пропитаны водой, и рыба ощущает одинаковое давление изнутри и снаружи. Но если вытащить глубоководную рыбу на поверхность воды, внутреннее давление перестает уравновешиваться наружным. Рыбу раздувает, глаза выпучиваются, внутренности выворачиваются через рот. В таком раздутом виде рыба уже не может погрузиться на глубину. https://www.galich.com/galichane/pravdin/pravdin.shtml_6.htm

Глубоководные рыбы выдерживают огромное давление воды у дна океана, а оно такое, что рыб, обитающих в верхних слоях воды, раздавило бы. Оставаться на постоянной глубине и приспосабливаться к давлению воды на тело им помогает прежде всего плавательный пузырь. Глубоководные рыбы постоянно закачивают в него газ, чтобы пузырь не сплющился от внешнего давления.
Чтобы всплыть, газ из плавательного пузыря надо сбросить, иначе при понижении давления воды он слишком сильно растянется. Однако высвобождается газ из плавательного пузыря медленно. Поэтому, если быстро вытягивать с больших глубин сеть с рыбой, давление газа в плавательном пузыре останется столь высоким, что рыбу разорвет на части. Ихтиологам приходится прибегать к специальным методам, чтобы предохранить пойманных глубоководных рыб от подобного рода травм.

Источник

Pressure test. Как глубоководные рыбы выдерживают давление

Учёные выяснили, что помогает глубоководным рыбам выдерживать чудовищное давление на большой глубине. Для этого им пришлось собрать геном морского слизня Pseudoliparis swirei, самого глубоководного вида рыб. Он обитает Марианской впадине на глубине свыше восьми километров. Результаты оказались весьма любопытными.

Морской слизень Pseudoliparis swirei
Kun Wang et al. / Nature Ecology&Evolution, 2019

Как сообщается в Nature Ecology&Evolution, мутации в геноме уменьшили минерализацию костей P.swirei и ухудшили зрение животных. В то же время, большое число копий или усиленная экспрессия генов, связанных с регуляцией работы клеточной мембраны, позволили рыбам без вреда для себя выдерживать высокое давление на глубине.

Исследователи сравнили геном слизня с девятью видов других костных рыб, в том числе морского слизня Танаки, обитающего в прибрежных водах, колюшки, тихоокеанского голубого тунца, камбалы и данио-рерио. Также учёные сделали рыбам микрокомпьютерную томографию и изучили особенности строения скелета марианских морских слизней.

Они обнаружили генетические изменения, позволившие улучшить работу клеточных мембран. Высокое давление ухудшает их транспортные функции и приводит к нарушению структур и функций, связанных с мембраной белков. Известно, что докозагексаеновая кислота (омега-3 кислота, которая входит в состав многих рыбных жиров) меняет свойства клеточных мембран и, среди прочего, улучшает их проницаемость, сжимаемость и работу связанных с ними белков.

Одно из веществ, предотвращающих нарушение структуры белков при высоком давлении — триметиламин оксид. Он вырабатывается в организме с помощью фермента флавин монооксигеназы-3, который кодируется геном fmo3. У марианских морских слизней экспрессия этих генов выше, чем у других видов костных рыб.

Источник