学游泳并不是件容易事,因为在水中,我们必须闭气。把水吸进肺里,哪怕只是少量,都是件危险而痛苦的事情,呛过水的朋友一定深有体会。每年都有很多人不幸葬身水中,因为我们无法在水中呼吸。
所以,当我们看到鱼类在水中自在的浮沉,常常会忘记它们与我们一样是靠氧气生存的,如果水中没有氧气,鱼儿同样会窒息而死。对鱼类来说,呼吸并不像我们看上去那么轻松,因为氧气在水中的溶解度相当小,在20摄氏度时,一个标准大气压下,一升水只能溶解约9毫克的氧气,这大概是一升空气中氧气含量的1/35。因此,鱼必须让尽可能多的水通过它们的呼吸器官——鳃。
为了尽可能的吸收水中的氧气,鱼鳃中的血流方向同水流方向相反,这就构成了一个逆流倍增countercurrent
multiplier体系。这是一个物理概念,指的是两个并列的管道里流动着方向相反的流体,如果彼此存在温度差或者浓度差,而且管道具有通透性或者导热性,那么这就构成了一个高效的交换体系。北方很多家庭安装的暖气换热器就是这一体系应用的典范。利用逆流倍增,鱼类普遍可以吸收水中85%的氧,而如果鳃中的血流方向同水流方向相同,根据实验,只有不到17%的氧被摄取。
水中溶解的氧不但量少,而且对温度和压力的变化十分敏感。尤其是温度,当温度升高时,水中溶解氧气的能力便迅速下降。同样在一个标准大气压下,0摄氏度时一升水可以溶解14.6毫克氧气,而到了35摄氏度仅能溶解6.9毫克。因此在闷热的夏季,我们常可以看见窒息的鱼儿浮头,努力从空气中多摄取一些氧气。
如此说来,在全球变暖的大背景下,鱼儿的日子并不好过。根据今年5月2日发表在美国《科学》杂志的一篇文章,德国和美国的海洋学家通过长年监测发现,许多热带海域的溶氧量,最近50年来下降了15%之多,形成了大面积的“开放海域低氧区”open-ocean
oxygen-minimum zones, OMZs,这些地方正在逐渐成为能淹死鱼的水域。(中文相关信息,请参照http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=35329)
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