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海底轮船不被腐蚀

这是一个非常好的问题!它触及了海洋工程、材料科学和化学腐蚀领域的核心。

海底轮船(更准确地说是沉船)并不是“不被腐蚀”,而是腐蚀的过程极其缓慢和复杂,并且在某些情况下,看似“完好”的船体其实已经脆弱不堪。

海底轮船不被腐蚀-图1
(图片来源网络,侵删)

我们可以从以下几个方面来理解这个现象:

腐蚀的原理:电化学腐蚀

我们要明白金属在水中为什么会腐蚀,这是一种电化学过程,需要三个基本条件:

  • 阳极: 金属的一部分,失去电子而被氧化(即被腐蚀)。
  • 阴极: 金属的另一部分,接受电子。
  • 电解质: 能够导电的液体,比如海水,它充当了离子移动的媒介。

在沉船的情况下,船体金属本身构成了阳极和阴极,而海水就是完美的电解质,腐蚀必然会发生

为什么腐蚀看起来很慢?—— 关键因素

既然腐蚀必然发生,为什么我们能看到几百年前的沉船(如“泰坦尼克号”)依然保持相对完整的形状呢?这主要是因为以下几个因素大大减缓了腐蚀速率:

海底轮船不被腐蚀-图2
(图片来源网络,侵删)

a. 缺少氧气(最关键的因素)

  • 浅海 vs. 深海: 在浅海,海水富含氧气,氧气是电化学腐蚀中非常高效的“电子接受者”(阴极反应物),浅海沉船的腐蚀速度通常比深海快得多。
  • 深海环境: 在深海,尤其是沉没在海底淤泥中的船体,氧气含量极低,没有充足的氧气,阴极反应就变得非常缓慢,从而整个电化学腐蚀过程被极大地抑制了,这就像把铁块放在一个密封的、没有氧气的瓶子里,它会生锈得非常慢。

b. 低温环境

  • 深海的水温通常在0-4°C之间,低温会显著降低化学反应(包括腐蚀反应)的速率,温度每降低10°C,化学反应速率大约会减半。

c. 生物附着和沉积物的保护

  • 生物附着: 船体表面会很快被海洋生物(如藤壶、贻贝、海藻等)覆盖,形成一层“生物被膜”,这层膜虽然本身可能参与腐蚀,但它也能在一定程度上阻碍海水与金属的直接接触,起到物理屏障作用。
  • 沉积物覆盖: 对于沉入海底淤泥中的船体,厚厚的淤泥层是一个极佳的隔绝层,它不仅隔绝了氧气,还隔绝了导致腐蚀的其它化学物质和洋流,从而保护了船体。

d. 黑暗环境

  • 深海没有阳光,这抑制了光合作用,这意味着不会生长出大量的藻类,而这些藻类死亡分解后可能会产生酸性物质,加速腐蚀。

腐蚀依然在进行:从外部到内部的破坏

尽管腐蚀很慢,但它从未停止,沉船的腐蚀模式非常独特,主要分为两种:

a. 外部腐蚀

  • 高氧区腐蚀: 沉船的顶部、上层建筑等暴露在海水或沉积物-水交界面的部分,因为氧气相对充足,腐蚀会较快发生,这些部分会变薄、出现孔洞。
  • 低氧区腐蚀: 被沉积物完全覆盖的部分,腐蚀最慢,但一旦沉积物被扰动(如洋流、海底拖网、地质活动),氧气进入,腐蚀会突然加速。

b. 内部腐蚀(更隐蔽,更危险)

  • 这是沉船最致命的腐蚀形式,船体内部原本是密闭空间,充满了空气,沉没后,海水通过裂缝或开口灌入。
  • 形成“氧浓差电池”: 船体内部与外部海水接触的金属部分,就形成了一个巨大的腐蚀电池。接触海水的部分(阴极)船体内部空气与水交界的部分(阳极) 之间会产生巨大的电位差。
  • 选择性腐蚀: 这种腐蚀会优先攻击船体内部结构复杂的区域,如铆钉、焊缝、舱壁连接处等,这些地方因为应力集中或材料不均匀,更容易成为阳极。
  • 结果: 外部看起来可能还比较完整,但内部结构已经变得像“瑞士奶酪”一样千疮百孔,极其脆弱。“泰坦尼克号”的残骸就是典型的例子,其外部船体相对完整,但内部结构早已被严重腐蚀。

特殊案例:不腐蚀的沉船

有没有完全不腐蚀的沉船?有!但条件非常苛刻:

  • 波罗的海的沉船: 波罗的海是一个特殊的半封闭海域,海水盐度低(淡水稀释),且底层海水是“无氧区”(Anoxic Zone),完全没有溶解氧,在这种环境下,电化学腐蚀几乎完全停止,在波罗的海发现的沉船,如“瓦萨号”(Vasa),即使沉没数百年,木材和金属都能得到极好的保存,仿佛时间静止了一样。
  • 海底轮船不是不被腐蚀,而是腐蚀速度极慢。
  • 深海、低温、缺氧、被沉积物覆盖是减缓腐蚀的主要原因。
  • 腐蚀主要发生在氧气相对充足的区域(如船顶)和船体内部,后者因为形成“氧浓差电池”而变得尤其危险,可能导致“金玉其外,败絮其中”的惨状。
  • 极少数在完全无氧环境(如波罗的海深水区)的沉船,才能实现近乎“零腐蚀”的状态。

当我们看到一艘沉船的照片时,不能简单地认为它“完好无损”,它可能正在以一种我们看不见的方式,缓慢地回归大海的怀抱。

海底轮船不被腐蚀-图3
(图片来源网络,侵删)
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