往馬里亞納海溝扔一塊磚頭

馬里亞納海溝是地球最低點，如果把喜馬拉雅山脈放進海溝，還不能把它填滿。

這樣壯觀的海溝究竟是怎樣形成的呢？

地質學家認為，在地球板塊的運動中，太平洋板塊和亞歐板塊相互擠壓碰撞，結果密度較大的板塊被推進地下，不斷凹陷形成深溝。馬里亞納海溝環境險惡，在它的最深處漆黑一片，水壓巨大，約1100個大氣壓，理論上能夠瞬間將一輛坦克壓成碎片。

據此，有人設想：如果往馬里亞納海溝扔一塊磚頭，會不會還沒有沉到底就被壓碎了？或者說，因為深海的海水密度大，這塊磚頭最后會懸浮在深海中嗎？

這個問題真的需要研究一下。

在常規環境下，一塊普通磚頭在水中下沉的速度約為0.6米/秒。但如果把磚頭扔進海洋，情況就不一樣了。在深海的極端低溫和高壓環境中，或是海底火山噴發的情況下，磚頭的下沉速度會受到很多復雜因素的影響。在馬里亞納海溝，情況會更加不同。

首先，我們從磚頭自身和海水密度的角度來考慮下沉問題。在通常情況下，只要磚頭的密度大于海水的密度，它就會不斷下沉。一般來說，磚頭的密度約為1800千克/立方米，海水的密度約為1025千克/立方米。雖然馬里亞納海溝海水的鹽度極高，密度會大一些，但是無論如何，也大不過磚頭的密度。從這一點來看，磚頭會一直往下掉。

接下來，我們再從受力的角度考慮磚頭的下降情況。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。海水對磚頭是有阻力的，阻力的方向朝上，而且磚頭的下降速度越快，阻力就越大。不過，這個阻力始終超不過磚頭所受的重力，即使這個重力會被浮力抵消一部分，也仍然會使磚頭繼續往下沉。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。至于經過多長時間這塊磚頭才會觸底，科學家測算的時間是2個小時左右。如果遇到洋流等問題，這塊磚頭的下沉時間會更久。

然后，我們再來看看這塊磚頭會不會被壓碎。從壓強的角度來看，海洋的深度每增加10米，壓強大約增加1.03×105帕斯卡。馬里亞納海溝的深度約為1.1萬米，磚頭要受到巨大的壓力，很可能會被壓碎。但是，由于液體具有流動性，其內部各個方向都受到均勻的三向壓力的作用，磚頭受到的側向壓力約束了它受壓后的橫向變形，抑制了內部豎向裂縫的產生和發展。所以，在三向壓力的作用下，磚頭的強度和抗變形能力都有明顯提高，也就不會出現被壓碎的情況。不過，由于磚頭并非一個球體，所以存在受力不均的情況，其外形可能會發生一定程度的變化。

總而言之，當我們往馬里亞納海溝扔一塊磚頭，2個小時至3個小時后，這塊可能有一些變形的磚頭大概率會沉到海溝底部。

（張秋偉摘自《知識窗》2024年第1期，Raven圖）