书城科普利用自然力的福音(科普知识大博览)
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第7章 地球宝藏之谜

地球是个富饶的星球,她蕴藏了无数的宝藏,人类得以从地球丰富的自然资源中,汲取了让生活愈加舒怡甜美的乳汁。

沃土、金属等资源,都是地球慷慨地奉献给人类的。人类是否在充分享用这些时,也想到了要保护及节约资源呢①沃土良田对人类来说,从地下深处开采出来的任何贵金属、宝石或矿石,都不如地壳表面那几尺厚的泥土宝贵,因为它是农业和林业的根基所在。泥土是岩石、熔岩和火山灰经风化而成的小颗粒。坚固的岩石之所以会粉碎,主要是由于风、水和温度变化。热带气候昼热夜凉,岩石不断胀缩,产生能使岩石破裂的压力。岩石碎裂后,又因与雨水、地水下所含的弱酸或弱硷发生化学作用而分解,加上风蚀的磨蚀作用而粉碎。岩石内有矿物质不断发生缓慢的化学变化,形成黏土。较稳定的矿物,例如石英,则只会越来越碎而成为沙粒。

良田的土壤含有大量矿物质和腐植质(腐烂的有机物)。例如赤道地带等终年常有大雨的地方,土壤中的矿物质或腐植质却被水冲走,剩下没有养分的泥土。在有旱季的半干旱地区,地下泉水把土壤中的矿物溶解,渗出地面。水分在地面蒸发后,留下矿物质在地面结壳。若积存的是铁的化合物,土壤便会呈赭红色。钙有时候也会循这种过程,在地面上结壳和结核。经过漫长的时间,结壳越积越多,使沙漠的沙粒和泥土多半含有极高的盐分。但是,用心灌溉和使用无机化学肥料,常可使沙漠变成良田。

世界上有成就的文化多半发祥于有沃土良田的地方。亚洲大陆、中欧和北美洲密西西比河上游盆地,都有一层黄色的底土,叫做"黄土"。黄土是被风吹来落在上次冰期那些巨大大陆冰川边缘的泥土。现在全世界的小麦、大米和玉米大部分都是这些地区生产的。埃及的尼罗河三角洲,印度的恒河流域、印度河流域和雅鲁藏布江流域,中国的黄河与长江流域,以及中东底格里斯河与幼发拉底河的"新月沃土"地带,数千年来始终是文化的中心,因为那里的土地肥沃,而每年又添上从远处山脉冲来饱含矿物质的沉积物。

②地下能源十八世纪末,大森林多半已被砍伐殆尽,欧洲人便从地下寻找另一种新能源——煤。煤是一种"化石燃料",由古代沼泽树木经过地壳长期挤压而成。煤通常埋藏在几个沉积层之下。由于硬煤《元烟煤)快要耗尽,世界采煤业正致力从又大又浅的矿层开采烟煤和褐煤。但以目前的耗量计算,现有的丰富煤藏也会在三百年内耗尽。

到了二十世纪,煤炭时代为石油时代所取代。石油是另一种化石燃料,由古代海洋中微小生物的有机物质构成。七○年代末期,世界年产石油共革千万桶(每桶四十二加仑),但仍无法满足不断增加的需求。中东的石油蕴藏极为丰富(占全球已知石油蕴藏量的一半以上),阿拉斯加、北海和墨西哥等地已在开采新油田,加上有可能从页岩和砂焦油中提取石油,石油供应似乎很充裕,不过地质学家提出警告说,连未来的消耗计划在内,全球石油会在一百年内用光。

直到最近,大家才认为二十一世纪将是核能时代,因为"滋生反应器"能产生几乎无限量的放射性燃料。但由于费用、技术、环境污染等问题,加上对其安全性的怀疑、对核子武器扩散的恐惧,使用核能的研究遭遇极大难题。至于太阳能的使用,在数年前曾因费用太大和不切实际而遭摒弃,现在已再度受到重视。很多人更认为,太阳能会成为我们解决长期能源需求问题的一个重要因素。

③化学品二十世纪中,人类的福利与大量化学产品发生越来越密切的关系。由肥料以至药品,都用化学产品。有些有机物质用来制造塑胶和药品,有些则用来制造氨、合成纤维等工业和人类生存所需的产品。盐田是无机化合物的最大宝库之一,目前世界每年采盐约一亿吨。世界各大洲都盛产盐。盐矿是古代含盐的湖水或海水在水分干涸后剩下的残渣。中东的死海和美国的大盐湖,目前还看得到水分逐渐蒸发,盐越积越多的现象。在这方面,人类更没法缩短这种自然作用,把含有大量溶解矿物质的水抽入蒸发池,待水干涸后,才去掘取池中留下的矿物。盐田中除有人类赖以生存的食盐外,还有大量可用作肥料的钾硷;制造肥皂和纸张的钠盐;做熟石膏的行膏以及许多对现代工业有极大价值的稀有化学品。

重要的盐矿通常都在世界的沙漠地带。例如智利山区的亚他加码沙漠盛产硝酸盐,这是制造炸药和肥料的主要原料;北美洲西部沙漠盛产硼酸盐,这是玻璃和搪瓷工业的重要原料。沙漠的盐矿由于矿泉水积年累月由下面渗上来,把矿物质积存在沙漠底层,而且因为沙漠地带雨水太少或根本没有雨水,所以无法把矿物质冲走,便一直留在那里。死火山附近常有硫矿,因为火山爆发时,天然的硫矿会从火山道喷出来。但是硫磺也会与天然气、石油一道藏在盐丘里。从盐丘提取硫磺的办法,是把热水灌入硫层,然后把水抽出来,再加以精炼。

④贵重金属地球外壳的含银量,只占一千万分之一;而白金和黄金的含量更少,每种只得十亿分之五。用金银作为衡量财富的标准,由来已久。十六世纪西班牙探险家发现了白金后。竟用来伪造金锭,使世人对白金产生轻视的心理,认为白金是一种低贱的掺杂金属。想不到今天白金的市价,竟约等于黄金的两倍,真令人啼笑皆非。白金有抗蚀的特性,而且能够抵受高温,是现代许多工业中不可或缺的金属。但黄金依然是国际金融货币的基础之一,世界各国拥有的黄金储备约值四万亿美元。

世界黄金年产量,大约有百分之四十来自南非。在墨西哥、美国、加拿大和秘鲁等国开采的银,合占世界总产量的一半以上,而加拿大、南非和前苏联则是出产白金的主要国家。黄金很少与其他元素结成化合物,因此,在地壳里发现的黄金通常相当纯净。一些南非金矿出产的黄金,是从古老山脉岩石中开采出来的。这些岩石受了风化作用,沉积在河床沙石中成为砂金矿藏。今天,黄金是从狭窄的"矿脉"中开采出来。十九世纪中叶,澳洲和美国加州,由于发现砂中有块金、片金和砂金,掀起了淘金热。随后才开采位于河流上游山中的"母脉"。白金和银开采出来的时候,都差不多是完全纯净的金属。虽然银很多时候也和别的元素结合成为化合物,例如氯化银等,但是从化合物中提炼银,往往是无利可图的。

块金通常都含有合金,其中银约占百分之八,还有少量的白金、铜和其他金属。银的分量越多,金的颜色也越白。从前提炼黄金,大多利用锑(炼自辉锑矿)和汞或称"水银"(炼自辰砂)。不过现在都已经改用电解提炼法了。这个方法是把未经提炼的黄金放在酸液内,然后通电,使纯金积聚在阴极板上,而银及其他金属则会变溶解状态沉到底部,再经化学方法处理,使可以提炼出来。

⑤矿物质人类从石器时代进入铜器时代,继而进入铁器时代后,便使文明坚定不移地朝着摩天大楼与月球火箭之路前进。我们现代工业社会的庞大经济中心,以前都是在易到、易采的贱金属矿源附近发展形成的。今日世界的繁荣主要系于人类继续用从地壳中找到的贱金属。

铁虽然是地球上最多的金属,但大部分储藏在地球核心。地壳的成分大约有百分之八是铝,铁占百分之一,镁占百分之二,铜仅占五十万分之一;像锌或铅等金属则更少。那么地壳里怎么会有大量金属集中起来,足供人类易于开采呢?地质学家说,在渐渐冷却的岩浆里,最普通的岩石,例如花岗岩,最先结蘸。在逐渐冷却的熔岩中,最后冷凝的矿物都是金属。地壳里的金属受到压遭从裂缝向上及向外流出,最后结晶形成矿脉。举例来说,在北美苏必略潮附近以及蒙大拿州巴特镇,就曾从这种矿脉中开采出几百万吨上等的铜。岩浆上升时逐渐冷却,由于不同的金属会在不同的温度结晶,所以铅、锌矿床可能会在铜矿床之上,而钨则会在矿脉的较低处。

不过并非所有的金属都是从这种原生矿脉中开采出来的。例如智利藏量丰富的硫酸钢和其他著名的硝酸盐,便是地下水慢慢渗出地面,在亚他加马沙漠的干燥空气中水分蒸发后留下的残渣。澳洲、委内瑞拉、中国、俄罗斯、印度和北美洲的几处世界最大的铁矿矿藏,都是从早已侵蚀殆尽的山中冲出后,沉入古老的湖床或洋床积聚而成。铝土矿,也就是铝矿石,是长石风化后形成的。长石是花岗岩的一种主要成分。加拿大是世界主要的产铝国,倒不是因为盛产铝土矿,加拿大根本没有这种矿。加拿大有成本低廉的水力发电,可以用电解法来提炼铝矿。(加拿大炼铝所用的铝矿石都是从非洲和南美洲运去的。)世界各地目前对较稀有的金属例如镍、钒和钼等,需求量甚大,因为它们是制造合金的重要原料,可以用来和钢、铜或其他贱金属制成有用的合金。

⑥建筑用的岩石伟大的文化,大多数都有独特的建筑物。长期以来,地壳的基岩一直是个丰富的仓库,供应不少各式各样的建筑材料。远在公元前二十六世纪,埃及人已经就近开采石灰岩,用来建造第一座巨大的金字塔——库福金字塔。石灰岩是一种沉积岩,由无数死去已久的海洋生物贝壳化石经过紧压和胶合而形成。那些生物在远古的海洋中繁殖,死后骸骨积聚一起,经过极长的年代,一层层地沉积海底。英国多佛的白垩崖是最著名的石灰岩矿,可是全世界各地石灰岩的产量也都很丰富。建筑大教堂和办公大楼都缺不了这种岩石。希腊和罗马人用来造华丽纪念碑的大理石,其实是变了质的石灰岩。石灰岩在地壳里受了高温和高压,便变成了一种可以打磨得很光滑的结晶岩石,就是大理石。砂岩是澳洲主要的建筑材料,别的地方也用它来砌成宏伟建筑物的正面外墙,以壮观瞻。砂岩是由沙滩或沙漠的沙混和矽土、氧化铁等矿物质胶合而成的。名大洲最普遍而最坚硬的岩石就是花岗岩,这是一种由地球内部喷出来的热岩浆,经过冷却后结成晶体的火成岩。由于石质坚硬,开采和打磨的费用又昂贵,所以近年来花岗岩(大理石也是一样)只用作大建筑物的装饰。

今天,成本低而用途广的主要建筑材料当然是水泥。水泥是由粉状石灰岩和黏土地高温下混合而成。加入水、沙和碎石混和后,再倒进模中就成为混凝土。混凝土中夹入铁筋后,可以增强韧力,非任何其他材料可比,最为建筑师所乐用。其用途之广,也实在令人难以置信,既可造吊桥,又可造摩天大楼。石绵是笨重的绿色蛇纹石,呈纤维状,在制造耐热的瓦片、绝缘体和墙板等方面,代替了昔日的热石膏,用途广泛。石膏经过脱水之后便成为熟石膏,而石膏却是盐湖里的湖水被蒸发后所留下的矿物质。由此看来,到了一种原料不再有多大用处的时候,地球又会供应另一种有用的原料。