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第1章 地球的宝藏

地球是个富饶的星球,蕴藏了无数的宝藏,使人类得以生息繁衍。那么,地球到底有多少类宝藏呢?

良田沃土

对人类来说,从地下深处开采出来的任何贵重金属、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、熔岩和火山灰经过侵蚀而成的小颗粒。坚固的岩石之所以会粉碎,主要是由于风、水和温度变化。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碱发生化学反应而分解,加上风的磨蚀作用而粉碎。岩石内矿物质不断发生缓慢的化学变化,形成黏土。较稳定的矿物,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)。在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很容易被水冲走,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。钙有时候也会经这种过程,在地面上结壳或结核。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,亦可使沙漠变成良田。

世界上最古老的文明都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、水稻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,而每年又能得到从远山冲来的饱含矿物质的沉积物。

地下资源

18世纪末,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(无烟煤)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。但以目前的消耗量计算,现有的煤藏也会在300年内耗尽。

到了20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。20世纪70年代末期,世界年产石油共2000万桶,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100年内用光。

直到最近,大家才认为21世纪将是核能时代。但由于费用、技术、环境污染等问题,加上对其安全性能的怀疑、对核子武器扩散的恐惧,使用核能的研究遭遇极大阻碍。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。很多人认为,太阳能的利用终将为我们解决长期能源需求问题。

金属矿物

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登月火箭之路前进。我们现代工业社会的庞大经济中心,以前都是在易采的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利用于地壳中找到的金属矿物。

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8%是铝,铁占1%,镁占2%,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,供人类开采呢?地质学家说,在渐渐冷却的岩浆里,最普通的岩石如花岗岩,最先结晶。在逐渐冷却的熔岩中,最后冷凝的是金属,地壳里的金属受到压迫从裂缝向上及向外流出,最后结晶形成矿脉。举例来说,在北美苏必略湖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铜矿,便是地下水慢慢渗出地面,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底积聚而成。铝土矿,也就是铝矿石,是长石风化后形成的。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、铜或其他金属制成有用的合金。

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,供应各式各样的建筑材料。远在公元前26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,一层层地沉积在海底。英国多佛的白垩崖就是著名的石灰岩矿。全世界各地石灰岩的产量都很丰富,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,其实是变质的石灰岩。石灰岩在地壳里受高温和高压,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。各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。

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在高温下混合而成。水泥加入水、沙和碎石混和后,再倒进模中就成为混凝土。混凝土中夹入钢筋后,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。石棉蛇纹石,呈现纤维状,在制造耐热的瓦片、绝缘体和墙板等方面,代替了昔日的熟石膏,用途广泛。石膏经过脱水之后便成为熟石膏,而石膏则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。

贵金属

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,每种只占十亿分之五。用金银作为衡量财富的标准由来已久。16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。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40000亿美元。

世界黄金年产量,大约有40%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。19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8%,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,大多利用锑和汞(或称“水银”)。不过现在都已经改用电解提炼法了。这种方法是把未经提炼的黄金放在酸液内,然后通电,使纯金积聚在阴极上,而银及其他金属则会变成“阳极泥”沉到底部,再经化学方法处理,就可以提炼出黄金来。

宝石

如果要详述地球的自然宝藏,当然不能忘了那些宝石。由于宝石在某些特殊工业里有新的用途,所以现代的宝石琢磨工人的独门手艺,只限于琢磨珠宝首饰。地球各大洲都以出产一种或几种宝石而闻名。南非以出产数量庞大得惊人的钻石驰名于世,印度、巴西、西伯利亚、坦桑尼亚及西非等地,也出产钻石。此外还有其他高价的宝石,

例如盛产于秘鲁、哥伦比亚、南非以及俄罗斯的绿宝石;主要来自缅甸和斯里兰卡的红宝石;目前以澳洲和亚洲为主要产地的蓝宝石等。只要自然环境适合,便不难找得到一些宝石。

钻石是由碳原子受地层深处的高温高压结晶而成,其他大多数的宝石都是蕴藏在一种称为伟晶岩的特殊地层内。伟晶岩是由地球内部升到表层的熔岩形成。岩浆带着含有矿物质的酸性溶液,通过地壳岩石的裂缝涌上来。这些溶液冷却时,原本溶解在其中的矿物质便凝结成晶体。有时候伟晶岩里蕴藏的石英、碧玺和其他宝石的晶体,体积异常巨大。以前曾发现过一块绿宝石晶体,重量竟达数百公斤。但是珍贵的宝石很少会这么大。现在所知,世上最大的钻石是1905年在南非发现的“柯里南”。这颗钻石长13.3厘米,重3601克拉,约等于0.58公斤,后来切割磨成105颗宝石。

宝石能够成为矿物之王,主要是因为具有近乎完美无缺的晶体结构。宝石特有的硬度、光泽和透明度,视其晶体结构中的原子排列方式而定,而这些特性也决定了宝石本身的价值。钻石质地坚硬无比,在光线直射下能够发出美丽的闪光,这都是它那碳晶体的结构使然。蓝宝石的星彩,是因为在形成时,有气泡困在晶体内组成交错的图形而产生。红宝石和蓝宝石在化学结构上,并没有分别,同样是氧和铝的化合物。不过,在颜色上一种是血红,一种是深蓝,主要是因为各含一些不同的杂质:红宝石里有铬原子,而蓝宝石里有铁原子和钛原子。绿宝石是由氧、矽、铝和铍等元素构成,它那美丽而浓淡不一的绿色,主要是来自杂质的钛原子和铬原子。

化学产品

20世纪以来,人类的生活与大量化学产品发生越来越密切的关系,由肥料到药品,都是化学产品。有些有机物质用来制造塑料和药品,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1亿吨。世界各大洲多盛产盐。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。人类还设法加速这种自然作用,把含有大量溶解矿物质的水抽入蒸发池,以便待水干涸后,掘取池中留下的矿物。盐田除有人类赖以生存的食盐外,还有大量可做肥料的钾碱、制造肥皂和纸张的纳盐、做熟石膏的石膏,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马沙漠盛产硝酸盐,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。因为沙漠地带雨水太少或根本没有雨水,因此无法把矿物质冲走,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。

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