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珠穆朗玛峰、马里亚纳海沟、南极、阿齐济耶沙漠和国际空间站,这些毫不相干的地点有一个共同点,它们都属于极端环境。即使有最先进的科技设备做辅助,人类还是完全没有能力在某些极端环境下生存,即便那些具备超强适应能力人。
高山低压
地点:珠穆朗玛峰
高度:8844米。
大气压力:0.33个大气压。
有过登山经验的人都知道,在海拔很高的山上呼吸可不是一件容易事,我们往往把原因归结为缺乏氧气,但事实并非如此。当高度越高时,空气越少压强也越小,而这种压强恰好是肺部呼吸所需要的。珠穆朗玛峰的最高点只有0.33 个大气压,是海平面的1/3。当压强降低到如此水平时,空气很难进入人体,肺泡无法获得所需的氧气量,也就无法把它输送给血液,并提供给肌肉组织。
7 500 米以上被称为“死亡地带”,罕有人能在此环境下逗留超过1 小时。如果人突然从海平面到达珠穆朗玛峰,将会在几秒钟内陷入昏迷。但是,1978 年,意大利登山家赖因霍尔德·梅斯纳和奥地利登山家彼得·哈勃勒却在不携带任何氧气设备的条件下成功登顶。除了他们职业登山运动员的良好身体素质之外,这次成功登顶还在于,他们事先已经在3 000 到6 000 米的高度适应了数周高山环境。因此,他们体内负责把氧气从肺部输送到各组织的血红蛋白数量明显增加。
长期生活在高山地带的人,如安第斯山脉的印第安居民在身体上具备相对的优势。有证据表明,生活在4 000 米以上的玻利维亚高山居民的心脏比常人大,肺部的微血管也更多,能够更轻易地把氧气输送给全身。但是,与此相对照的是,他们的血液也更加浓稠,很容易造成心血管病。
当人们来到海拔较高的地方,由于身体不适,极易出现高山反应。原本各项机能正常的人体容易出现极度疲惫感、头痛、眩晕、消化速度减慢、恶心以及心跳过速等症状。比如,在海拔3 829 米的玻利维亚首都,心肌梗塞是一些外国使团最易出现的疾病。
一般来说,高山反应在2 500米到3 000 米的高度就会出现,取决于个人身体状况,有些人的症状会持续很长时间,也有人能迅速适应。但是如果身体已经出现了高山反应,但还在继续攀登,出现肺水肿和脑水肿的风险就会增加。此时最好的办法就是立即下山。此外,在高山上每上升100米温度就会下降0.6℃,冷空气也容易加重症状。
深海高压
地点:太平洋的马里亚纳海沟
深度:10 924米
压力:1 100个大气压
马里亚纳海沟位于太平洋海底约10 000 米的深处,这里的压力是海平面的上千倍。深海中的高压对人体各生命器官都会造成威胁。对于水下作业人员来说,每下潜10米大约会增加1 个大气压。这时在高气压环境下,肺泡内的各种气体分压随之增高,如果上浮减压过快,身体内产生的气泡会对潜水员造成严重影响,其身体的各种器官,如肺、消化系统以及听觉系统都会随着下潜深度的增加而受到挤压。
古巴潜水运动员皮平·费雷拉斯在2003 年创下了自由下潜170米的记录。在这样的深度下,压强把心脏压缩至一个李子的大小,血液不再在肢体内循环,以便集中在胸腔,避免肺部衰竭。与此同时,费雷拉斯的心跳也降至每分钟10 次。这样的环境是无法长时间呆下去的,费雷拉斯仅用了2 分钟39 秒就完成了下潜和上浮的全过程。
数据显示,人类可以下潜的极限是200 米,为了能够下潜到这个深度,人们在平时训练时,需呼吸与水中压力相仿的压缩空气。最糟糕的情况是随着下潜深度的增加,人体吸入越来越多的氮气,如果氮气在各组织内扩散超出了某个标准,“减压”过程又太快,就会出现“减压病”,即气体会从血液和其他组织中逸出,产生气泡,阻塞血管,使关节疼痛、耳鸣、肺部和大脑受损等,严重时会导致死亡。
为了能改善人类在水下的条件,除发明潜水艇外,科学家还研究新型的混合气体以便帮助潜水员能下潜得更深。氦氧混合气体可用于水下30 米至250 米的深度,有助于缩短减压的时间。但这种混合气体的不利之处在于会让身体失去热量。因此,科学家们又研究出了由氧气、氦气和氮气组成的三气混合体,能够在水下450 米的深度使用。如果想延长下潜时间,最好的办法是采取饱和潜水的办法,也就是说数日乃至数周的时间内呼吸混合气体,习惯水下20 米的环境,通过这种办法,身体各组织内的氮气达到饱和状态,潜水者就可以在水下逗留更长的时间。
沙漠酷热
地方:利比亚的阿齐济耶沙漠
平均气温:57.8℃
我们身体的各器官普遍无法承受高温的侵袭,尤其是大脑,最无法抵御这种侵袭。我们的体温一般维持在36.5~37℃之间。如果经过长时间运动,有可能上升至40℃。如果达到了41℃,身体就面临中暑的危险。如果达到44℃,将接近死亡边缘。同理,如果体温降至36℃以下,生存的希望也很渺茫。
由此可见,人体对温度变化的忍耐程度非常有限。当人体开始适应高温时,便会开始出汗。出汗会导致丧失部分电解质,如钠、钾、镁和氯等。此外,心跳频率也会增加。皮肤上的微血管扩张,以便体内的热量更加有效地散发出去。但是,随着气温的不断升高,体内细胞会受到损害,高温阻碍了血液畅流,导致细胞干燥,细胞壁无法传递生命物质。
尽管我们可以忍受桑拿房中高达90℃的温度,但最好还是不要刻意去体验高温。当大脑细胞达到41℃时,我们可以毫不夸张地说我们已经被煎熟了。非洲塔尔基人以及其他生活在沙漠地带的人知道,适应高温天气的关键在于穿多层衣服,将头和身体完全包裹起来。即便如此,在每年前往麦加朝圣的路上,仍有上千人死亡。
高温情况下,人体需要消耗更多的水分,如果体内缺水达到15%,人就会死亡。我们还无法像骆驼那样,可以自行调节体温,避免出汗失水。也许人类在对付高温环境时,唯一的方式就是发明了空调。
极地严寒
地方:南极洲东方角
平均气温:零下89.96℃
南极是一个地势较高的地区,这里海拔约2 800 米,干燥而多风,也是地球上最寒冷的地方。南极点位于南极洲的中心地带,这是一个人迹罕至的地方,虽然拥有大量的饮用水,但还是很少有哺乳动物生活在这里。禽类也仅仅是在其外围飞过,只有企鹅、鱼和海豹敢于挑战这里的寒冷。
严寒、高海拔和干燥等气候条件组合在一起,对人体的影响是非常大的。在踏上南极大陆以前,必须做好给体内补水的充分准备,穿上厚重的衣服,必要情况下,还需服用乙酰唑胺药片以缓解因地势高而产生的不良反应。
人体在长期的严寒状态下,能 量损失极其严重。因此,南极考察基地的工作人员每天必须摄入4 000千卡的食物,如果降至-40℃以下,则必须摄入6 000 千卡。长时间在南极生活工作,科考队员几乎都会出现不同程度的诸如冲动、烦躁、抑郁、易激惹以及失眠、疲乏、反应迟钝、认知障碍等征兆和症状,即所谓的南极综合征或南极过冬综合征。
体温过低是南极威胁人体的另一问题。当体温降至35℃时,人体抵御寒冷的能力开始降低,达到27℃以下时则会出现昏迷。如果在南极落入冰冷的水中,15 分钟内就将死亡。
在-60℃的气温下,咖啡在尚未倒入杯中时就已经结冰,而暴露在外的双手在3 分钟内就会冻伤。阿蒙森-斯科特考察站的工作人员每当外出时都会穿上重达20 千克的衣服。同时,寒冷也会降低人体抵御感染的能力。
生活在极地的因纽特人和拉普兰人的身体代谢频率要远远低于正常水平,这样能帮助他们保存能量。
太空失重
地点:国际空间站
太空指的是地球大气层之外的虚空区域。随着宇宙的膨胀,温度不断降低,经过100多亿年的历程,太空已经成为高寒的环境。平均温度为-270.3℃。虽然称为空,太空却也并非虚无缥缈。在太空中,不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成宇宙射线。例如,银河系有银河宇宙线辐射,太阳有太阳电磁辐射、太阳宇宙线辐射(太阳耀斑爆发时向外发射的高能粒子)和太阳风(由太阳日冕吹出的高能等离子体流)等。由此可见,太空还是一个强辐射环境。
在外太空,如果没有宇航服的保护,宇航员们根本无法生存,哪怕是1 分钟。失重是宇航员遇到的最大问题。一方面,血液会积压在胸腔和头部,造成充血,并丧失味觉;另一方面,失重还会导致晕眩、恶心和失去平衡感。如果在太空服内呕吐则会造成更大的危险。因为在没有重力的情况下,废物无法下降,从而导致窒息。
在太空中人还会失去方向感。“上”与“下”的概念在太空中根本不存在,因此只有三维视觉空间才能帮助人定位。此外,人体生物钟也将被打乱,因为在太空中每90分钟就有一次日出。太空舱的空气必须保持清新、流动,防止宇航员被自己呼出的二氧化碳包围而窒息。失重会导致心血管出现问题,动脉压力的减小也会阻碍心脏的正常工作。此外,还会出现周围视觉丧失,肺部萎缩等症状。想要自由自在地遨游太空,目前还是一件遥不可及的事情。
高山低压
地点:珠穆朗玛峰
高度:8844米。
大气压力:0.33个大气压。
有过登山经验的人都知道,在海拔很高的山上呼吸可不是一件容易事,我们往往把原因归结为缺乏氧气,但事实并非如此。当高度越高时,空气越少压强也越小,而这种压强恰好是肺部呼吸所需要的。珠穆朗玛峰的最高点只有0.33 个大气压,是海平面的1/3。当压强降低到如此水平时,空气很难进入人体,肺泡无法获得所需的氧气量,也就无法把它输送给血液,并提供给肌肉组织。
7 500 米以上被称为“死亡地带”,罕有人能在此环境下逗留超过1 小时。如果人突然从海平面到达珠穆朗玛峰,将会在几秒钟内陷入昏迷。但是,1978 年,意大利登山家赖因霍尔德·梅斯纳和奥地利登山家彼得·哈勃勒却在不携带任何氧气设备的条件下成功登顶。除了他们职业登山运动员的良好身体素质之外,这次成功登顶还在于,他们事先已经在3 000 到6 000 米的高度适应了数周高山环境。因此,他们体内负责把氧气从肺部输送到各组织的血红蛋白数量明显增加。
长期生活在高山地带的人,如安第斯山脉的印第安居民在身体上具备相对的优势。有证据表明,生活在4 000 米以上的玻利维亚高山居民的心脏比常人大,肺部的微血管也更多,能够更轻易地把氧气输送给全身。但是,与此相对照的是,他们的血液也更加浓稠,很容易造成心血管病。
当人们来到海拔较高的地方,由于身体不适,极易出现高山反应。原本各项机能正常的人体容易出现极度疲惫感、头痛、眩晕、消化速度减慢、恶心以及心跳过速等症状。比如,在海拔3 829 米的玻利维亚首都,心肌梗塞是一些外国使团最易出现的疾病。
一般来说,高山反应在2 500米到3 000 米的高度就会出现,取决于个人身体状况,有些人的症状会持续很长时间,也有人能迅速适应。但是如果身体已经出现了高山反应,但还在继续攀登,出现肺水肿和脑水肿的风险就会增加。此时最好的办法就是立即下山。此外,在高山上每上升100米温度就会下降0.6℃,冷空气也容易加重症状。
深海高压
地点:太平洋的马里亚纳海沟
深度:10 924米
压力:1 100个大气压
马里亚纳海沟位于太平洋海底约10 000 米的深处,这里的压力是海平面的上千倍。深海中的高压对人体各生命器官都会造成威胁。对于水下作业人员来说,每下潜10米大约会增加1 个大气压。这时在高气压环境下,肺泡内的各种气体分压随之增高,如果上浮减压过快,身体内产生的气泡会对潜水员造成严重影响,其身体的各种器官,如肺、消化系统以及听觉系统都会随着下潜深度的增加而受到挤压。
古巴潜水运动员皮平·费雷拉斯在2003 年创下了自由下潜170米的记录。在这样的深度下,压强把心脏压缩至一个李子的大小,血液不再在肢体内循环,以便集中在胸腔,避免肺部衰竭。与此同时,费雷拉斯的心跳也降至每分钟10 次。这样的环境是无法长时间呆下去的,费雷拉斯仅用了2 分钟39 秒就完成了下潜和上浮的全过程。
数据显示,人类可以下潜的极限是200 米,为了能够下潜到这个深度,人们在平时训练时,需呼吸与水中压力相仿的压缩空气。最糟糕的情况是随着下潜深度的增加,人体吸入越来越多的氮气,如果氮气在各组织内扩散超出了某个标准,“减压”过程又太快,就会出现“减压病”,即气体会从血液和其他组织中逸出,产生气泡,阻塞血管,使关节疼痛、耳鸣、肺部和大脑受损等,严重时会导致死亡。
为了能改善人类在水下的条件,除发明潜水艇外,科学家还研究新型的混合气体以便帮助潜水员能下潜得更深。氦氧混合气体可用于水下30 米至250 米的深度,有助于缩短减压的时间。但这种混合气体的不利之处在于会让身体失去热量。因此,科学家们又研究出了由氧气、氦气和氮气组成的三气混合体,能够在水下450 米的深度使用。如果想延长下潜时间,最好的办法是采取饱和潜水的办法,也就是说数日乃至数周的时间内呼吸混合气体,习惯水下20 米的环境,通过这种办法,身体各组织内的氮气达到饱和状态,潜水者就可以在水下逗留更长的时间。
沙漠酷热
地方:利比亚的阿齐济耶沙漠
平均气温:57.8℃
我们身体的各器官普遍无法承受高温的侵袭,尤其是大脑,最无法抵御这种侵袭。我们的体温一般维持在36.5~37℃之间。如果经过长时间运动,有可能上升至40℃。如果达到了41℃,身体就面临中暑的危险。如果达到44℃,将接近死亡边缘。同理,如果体温降至36℃以下,生存的希望也很渺茫。
由此可见,人体对温度变化的忍耐程度非常有限。当人体开始适应高温时,便会开始出汗。出汗会导致丧失部分电解质,如钠、钾、镁和氯等。此外,心跳频率也会增加。皮肤上的微血管扩张,以便体内的热量更加有效地散发出去。但是,随着气温的不断升高,体内细胞会受到损害,高温阻碍了血液畅流,导致细胞干燥,细胞壁无法传递生命物质。
尽管我们可以忍受桑拿房中高达90℃的温度,但最好还是不要刻意去体验高温。当大脑细胞达到41℃时,我们可以毫不夸张地说我们已经被煎熟了。非洲塔尔基人以及其他生活在沙漠地带的人知道,适应高温天气的关键在于穿多层衣服,将头和身体完全包裹起来。即便如此,在每年前往麦加朝圣的路上,仍有上千人死亡。
高温情况下,人体需要消耗更多的水分,如果体内缺水达到15%,人就会死亡。我们还无法像骆驼那样,可以自行调节体温,避免出汗失水。也许人类在对付高温环境时,唯一的方式就是发明了空调。
极地严寒
地方:南极洲东方角
平均气温:零下89.96℃
南极是一个地势较高的地区,这里海拔约2 800 米,干燥而多风,也是地球上最寒冷的地方。南极点位于南极洲的中心地带,这是一个人迹罕至的地方,虽然拥有大量的饮用水,但还是很少有哺乳动物生活在这里。禽类也仅仅是在其外围飞过,只有企鹅、鱼和海豹敢于挑战这里的寒冷。
严寒、高海拔和干燥等气候条件组合在一起,对人体的影响是非常大的。在踏上南极大陆以前,必须做好给体内补水的充分准备,穿上厚重的衣服,必要情况下,还需服用乙酰唑胺药片以缓解因地势高而产生的不良反应。
人体在长期的严寒状态下,能 量损失极其严重。因此,南极考察基地的工作人员每天必须摄入4 000千卡的食物,如果降至-40℃以下,则必须摄入6 000 千卡。长时间在南极生活工作,科考队员几乎都会出现不同程度的诸如冲动、烦躁、抑郁、易激惹以及失眠、疲乏、反应迟钝、认知障碍等征兆和症状,即所谓的南极综合征或南极过冬综合征。
体温过低是南极威胁人体的另一问题。当体温降至35℃时,人体抵御寒冷的能力开始降低,达到27℃以下时则会出现昏迷。如果在南极落入冰冷的水中,15 分钟内就将死亡。
在-60℃的气温下,咖啡在尚未倒入杯中时就已经结冰,而暴露在外的双手在3 分钟内就会冻伤。阿蒙森-斯科特考察站的工作人员每当外出时都会穿上重达20 千克的衣服。同时,寒冷也会降低人体抵御感染的能力。
生活在极地的因纽特人和拉普兰人的身体代谢频率要远远低于正常水平,这样能帮助他们保存能量。
太空失重
地点:国际空间站
太空指的是地球大气层之外的虚空区域。随着宇宙的膨胀,温度不断降低,经过100多亿年的历程,太空已经成为高寒的环境。平均温度为-270.3℃。虽然称为空,太空却也并非虚无缥缈。在太空中,不仅有宇宙大爆炸时留下的辐射,各种天体也向外辐射电磁波,许多天体还向外辐射高能粒子,形成宇宙射线。例如,银河系有银河宇宙线辐射,太阳有太阳电磁辐射、太阳宇宙线辐射(太阳耀斑爆发时向外发射的高能粒子)和太阳风(由太阳日冕吹出的高能等离子体流)等。由此可见,太空还是一个强辐射环境。
在外太空,如果没有宇航服的保护,宇航员们根本无法生存,哪怕是1 分钟。失重是宇航员遇到的最大问题。一方面,血液会积压在胸腔和头部,造成充血,并丧失味觉;另一方面,失重还会导致晕眩、恶心和失去平衡感。如果在太空服内呕吐则会造成更大的危险。因为在没有重力的情况下,废物无法下降,从而导致窒息。
在太空中人还会失去方向感。“上”与“下”的概念在太空中根本不存在,因此只有三维视觉空间才能帮助人定位。此外,人体生物钟也将被打乱,因为在太空中每90分钟就有一次日出。太空舱的空气必须保持清新、流动,防止宇航员被自己呼出的二氧化碳包围而窒息。失重会导致心血管出现问题,动脉压力的减小也会阻碍心脏的正常工作。此外,还会出现周围视觉丧失,肺部萎缩等症状。想要自由自在地遨游太空,目前还是一件遥不可及的事情。