【勋望景星·科技课程】为什么潜水时不能直接从水里吸取氧气？

      首先，我们先了解一下鱼的呼吸器官，它叫做鳃，是敞开式的，由很多鳃丝组成，由于数量很多，因此表面积很大。随着呼吸时鳃盖的活动，水流不断的涌入鳃丝，从而完成氧气的交换。而我们人类的呼吸器官——肺，像一个大气球，只能通过窄小的气管与外界连通。虽然，负责交换气体的肺泡表面积也很大，但由于水没有办法在肺泡周围自由的穿梭移动，而使得氧气的交换率很低。

其次，水中的氧气百分含量要比空气中的氧气百分含量低许多，大约是空气含氧量的2%~3.3%左右。而鱼又是变温动物，本身机体新陈代谢时的耗氧量就很少，水中的这一点氧气就可以满足它们的呼吸需要。而我们人类是恒温动物，新陈代谢时机体需要的耗氧量很大。做一个形象的比喻，假设肺对水中氧气的摄取效率与空气相同，也需要体积约为空气的30～50倍的海水时，才能满足我们的正常呼吸，也就是说要求我们的肺活量或者呼吸频率提高几十倍，这是我们人体无法做到的。这也解释了，为什么海洋中的哺乳动物（如鲸鱼），每隔固定的时间就要浮出水面，用自己的肺来进行呼吸的缘故。

      不过，我们人类通过不懈的努力，获得通过机械设备来从水中获取氧气的新途径，它被称为“人工腮”。目前，在手术中，我们使用的人工肺是利用膜式氧合器，让血液到体外进行气体交换，排出二氧化碳溶入氧气。而人工腮则与之相反，需要提取出液体中的氧气，但原理类似。不过，这需要很大的能量驱使水体流动，不太可能缩小到单人可携带的水平，或许未来能够用在潜艇等设备上。到目前为止，仍有包括成本在内的诸多未能攻克的难题。

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文 字 | 崔勇  高颖昊  张娟娟

排 版 | 苑晓曼   曾庆鹏

责 编 | 徐珊珊