【题】如图所示,我们看到大象可以完全淹没在水中,呼吸的时候把鼻子伸到水面上来。但是当人用管子代替象鼻紧贴近嘴,模仿大象在水下时则会出现流血的情况,即使是最优秀的潜水员也不能幸免于难。为什么会出现这种情况呢?
【解】对潜水员而言,用上面这种方法是十分适用的——在古代和中世纪的时候就有人这样认为。尤其是在《征服深度》一作者格尤恩特这样写道:“以前人们认为,潜水员只要身着的潜水服是特制不透水的,并且上面的导管与水上世界通氧可以保证,那么就可以潜入水下了;此时不但待在水下的时间可以不受限制,而且甚至可以在方便的时候在水底踱来踱去。”这个观点的存在被15世纪的一些图片所证实。从比较过象鼻和潜水员空气导管的亚里士多德的观点中我们还得到了一个启示。
如果以上所述是正确的,那么在水底潜水员就不会遇到任何问题了。但是很明显,这个说法被实验推翻了。我们得知,由于早期的潜水员知识比较缺乏,他们每次潜水时口耳鼻中会有出血的现象,而且在潜水之后都会留下严重的后遗症。
出现这种情况的原因是什么呢?维也纳学者什基格列尔在一战开战前不久完成的旨在科学解释潜水状况的研究就对这个问题进行了解释。
把头浸入水中之前,将鼻子用手指捏紧,并且在口中插入一个相当粗的长约30厘米的管子,呼吸通过水面的管子进行。当头没到水下几厘米的时候,呼吸就已经相当困难——做过这个实验的人都能知道这一点。在人完全不能呼吸的情况下,加长吸管后能够潜水多深?研究发现,呼吸在水柱为1米的时候就会完全停止。在进一步的研究实验中什基格列尔发现,在深度为60厘米的水下人只能停留3分钟,而停留30秒钟时是在1米处,仅停留6秒时是在1.5米处。如果人仅靠吸管呼吸被置于2米深的水下,出现的结果就是心脏在几秒钟后开始膨胀,并在此后的3个月内卧病不起。如图,人在空气中(上图)与在水中(下图)时,在1个大气压的作用下,身体出现的变化,这也是人不能像大象那样在水中呼吸的原因。
那么怎样才能解释这一点呢?外部空气的压力会作用在人的胸腔、肺部和心脏的表面,这一点是不难理解的。除此之外,来自上面水层(等于潜水深度)的压力还作用在身体的表面。这个水的压力不仅会使呼吸困难,而且也阻碍了血液的循环。将血从腹腔和四肢挤压出来的正是这个压力,而且同时也挤压了相应的血管,所以心脏就无法从中吸收血液了。
针对这种情况,什基格列尔还对一些动物进行了一系列的研究。他在写道:
一段时间后血液循环功能下降,脉搏不稳并间歇性停止跳动。如果外部压力继续加大,胸腔器官和四肢功能衰退,心脏和肺部供血也会停止。最后,动物的胸部细胞会受到挤压。即使压力差距不大,呼吸还是会变得很衰弱,甚至停止。
解剖上述实验中的动物,我们会发现,腹腔失血过多;而此处切口导致的流血量相当小:腹腔血管内几乎没有血;而解剖胸部时发现,器官充血过量:心脏和大多数血管一样因充血过多而胀裂;肺部也是这样。
由此可知,为什么外部压力加大时,潜水员肺部血管会破裂,而且口鼻中都会流血了。耳朵流血是因为过大的压力会导致鼓膜内充血(鼓膜内的压力比身体表面的小)。
有些人可能还会有疑问,就是我们为什么能在身体不受到伤害的情况下,还能够潜入较深的水中待上较长的时间?这是因为潜入水下的情况是完全不一样的。潜水员在跳水之前,会吸入足够的空气到肺里;肺中的空气随着身体潜入水中受到的水的压力会越来越大,同时它也在向外施压,这个压力大小是与外部水的压力相等的,所以心脏内充血不会过量。同样,因为全身加压服中密封的空气压力与外部水的压力相等,所以身着潜水服的潜水员和水箱中的工人也就不会受到伤害了。
现在只剩下一个问题了,就是为什么大象没在水中时,将鼻子伸到水面呼吸就不会死亡?原因很简单,就只是因为它是大象:它有强健的身体和结实的肌肉。所以如果我们也能和大象那样,我们也可以不受伤害地潜入到这个深度了。