家里有礦？地球的礦從哪里來？

第一章 超級元素工廠

地球上的每一塊金子，都來自宇宙里的星星

今天我們就來介紹一下它們的身世

首先，我們要復(fù)習(xí)一個初中的知識點

眾所周知

這個世界

是由各種化學(xué)元素組成的

排第一的是氫元素

然后是氦元素

它們大概是這個樣子

↓↓↓

宇宙空間里，到處都漂浮著氫元素

按照豐富程度算

大概占到了90%

這么多的氫元素是哪里來的呢？

根據(jù)“大爆炸理論”（The Big Bang Theory）

它們都來自138.2億年前的一次大爆炸

一個致密熾熱的奇點

不知道為什么就炸開了

威力雖然巨大

卻只能生產(chǎn)出氫元素和氦元素

而想要得到元素周期表里的其他元素

就要靠宇宙中的“元素工廠”了

它們是

↓

恒星

在萬有引力的作用下

氫元素堆積在一起被加熱到非常高的溫度

然后

兩個氫元素聚合在一起

發(fā)生核聚變

并且生成新的元素

↓

氦

這個過程會釋放出巨大的能量

這也是氫彈的原理

恒星里，每時每刻都有無數(shù)個“氫彈”在爆炸

隨著恒星內(nèi)部的溫度上升

直到一億多攝氏度時

會發(fā)生新的聚變反應(yīng)

氦聚變

此后生成的元素就會逐漸復(fù)雜有的情況下，恒星還會變成紅巨星

這個過程能夠生成從氦到26號元素鐵以內(nèi)的所有元素

有些大質(zhì)量的恒星

演化到后期

在鐵開始聚變時

會發(fā)生一種超大規(guī)模的爆炸

這種爆炸就是超新星爆發(fā)

它可以生成從27號元素鈷到92號元素鈾

當(dāng)然也包括我們最喜歡的79號元素

↓

金

但是代價真的有點大

地球上這點金子

要炸一顆比太陽還要大8倍的恒星！

然后

從93號元素镎開始

宇宙也造不出來

都是人造的了！

人類是不是也很厲害？

超新星爆炸后

宇宙空間中到處是殘留的各種元素

當(dāng)然

還是以氫元素為主

這些物質(zhì)在萬有引力的作用下

再一次聚集在一起

形成新的恒星和行星

我們的太陽系就是這樣來的

太陽的年齡大概50億歲

和宇宙的年齡比

還算年輕

太陽系里的這些物質(zhì)

已經(jīng)不知道是第幾次超新星爆炸的產(chǎn)物了

換句話說

太陽已不知經(jīng)歷了幾道輪回

第二章 行星礦工

大概46億年前

地球形成了

而幸運的是

因為離太陽比較近

按照重力分選

地球的元素還比較重

離得遠的行星則大多是比較輕的元素

例如木星主要是氫和氦

地球的結(jié)構(gòu)大概是這樣

中心是鐵和鎳組成的內(nèi)核

就像太陽系里很多鐵隕石的成份一樣

地殼中各元素所占的比例及含量大致如下：

氧48.60%

硅26.30%

鋁7.73%

鐵4.75%

鈣3.45%

鈉2.74%

鉀2.47%

鎂2.00%

氫0.76%

其它1.20%

人人都愛的金子

就在這其他的1.2%里頭

而且還占得很少

地球這么大

金子那么少

如果平均分布在地球上

得怎么找??？

有沒有一些辦法

讓金子們自動聚集在一起呢？

答案是肯定的

比如火山

我們知道，板塊是運動的

堅硬的巖石圈浮在軟的軟流圈上

緩慢運動

有時候大洋板塊會俯沖到大陸板塊下

在這個過程中

大量的水會沿著縫隙被帶入地下

受到地下高溫高壓的影響

這些水會被加熱到500度以上

這種非常熱的水

會溶解大量的金屬元素

包括金銀銅鐵這些大家熟悉的礦物

這種高溫液體被稱為

↓

熱液

當(dāng)熱液沿著火山的通道上升

會逐漸冷卻

不同的礦物會先后從熱液中析出

當(dāng)熱液冷卻到200-300℃時

金礦就形成了

第三章 人類登場

經(jīng)過漫長的演化

生命從簡單到復(fù)雜

最終

人類登上地球的舞臺

而人類文明演化的歷史

就是一部對礦物的利用史

這是一件精美的石器

所使用的材質(zhì)是在星球上隨處可見的水晶

沒錯，真的是隨處可見

先祖?zhèn)兒苋菀拙湍馨l(fā)現(xiàn)這種材料

這種材料硬度高，斷口鋒利

用來制作兵器再理想不過了

但是

它也有弱點

那就是太脆了

而且，用石器也沒什么厲害的

很多動物都會用它

很快

人類就發(fā)現(xiàn)了更好用的工具

我們熟悉的青銅時代

鐵器時代

先后到來

隨著人類文明的不斷向前

更多的礦物被發(fā)現(xiàn)和利用

很自然地

礦山和礦業(yè)出現(xiàn)了

人類開始有組織、大規(guī)模地開采所需要的礦物

第四章 礦物和文明

在北美洲

有人在森林里發(fā)現(xiàn)了一塊巨大的金屬

這是一塊純銅

上一個冰河時代

它被冰河從遙遠的地方搬運過來

后來冰雪融化

它就留在了這里

銅是人類最早使用的金屬之一

它分布廣泛

在地殼中的含量約為0.01%

同時銅有很好的延展性、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能

因此它成為了電氣時代最重要的材料

銅錢也曾是中國古代最重要的貨幣

用量極大

那么銅從哪里來？

湖南郴州的桂陽縣

曾是中國古代最重要的銅礦產(chǎn)地

在唐朝時，為帝國提供了三分之一的銅礦

現(xiàn)在這里是一座礦山公園

建造了世界上最大的銅錢

湖北的大冶，安徽的銅陵，江西的德興

都是銅礦的重要分布地區(qū)

在安徽池州

有一座大型的銅礦

↓

六峰山銅礦

礦石從地下數(shù)百米深處被挖掘下來

通過斜井一車一車地拉到地面上

我們在礦石堆中

找到了這些銅礦石

它的學(xué)名叫斑銅礦

它含有鐵、硫和銅

區(qū)別于其他的銅礦石

它有著美麗的彩虹色

這是一種氧化薄膜所呈現(xiàn)的色彩

叫做錆（qiāng）色

銅礦石經(jīng)過復(fù)雜的冶煉工藝

最終就得到我們喜愛的銅

隨著人類文明的繼續(xù)前進

鋁這種又硬又輕的材料登場了

它的用量比銅還要大

無論是飛機、火箭還是手機

都大量使用了這種材料

而鋁元素主要來自一種叫做三水鋁石的礦物

它的晶體細(xì)小

經(jīng)常聚集在一起成球狀

一般為白色

少數(shù)呈現(xiàn)美麗的藍色

而且有好看的玻璃光澤

這是產(chǎn)自云南的三水鋁石

人類文明繼續(xù)前進

對礦物的利用終于進展到了自然界的盡頭

第92號元素

鈾

它的使用歷史比鋁更短

1945年的一聲巨響

開啟了人類的核時代

現(xiàn)在這些鈾礦石

為我們提供了源源不斷的電力

在湖南的平江縣

出產(chǎn)一種重要的鈾礦石

↓

鈣鈾云母

在自然光下，呈現(xiàn)美麗的黃綠色

如果用紫外燈照射

它會發(fā)出鬼魅般的顏色

像電燈泡一樣的綠色

這種現(xiàn)象叫做熒光

現(xiàn)在這樣的礦物晶體成為了愛好者

瘋狂收藏的對象

一塊礦石往往賣到幾千上萬元以上

當(dāng)然除了工業(yè)用途

很多礦物寶石

外形精致

顏色亮麗

無論是觀賞還是收藏

都十分有看頭

例如這種價格相對便宜，又非常好看的石榴子石

它確實長得像石榴子一樣

得名石榴子石也是毫無波瀾

它的家族有很多很多種礦物

許多都用來制作首飾

例如這種

像芬達飲料一樣的芬達榴石

還有一些礦物

沒有什么工業(yè)價值

又因為硬度低

做不了首飾

但是

卻也有很多人花高價收藏

這是為什么呢？

例如這塊沙漠里挖到的石頭

它有一個很形象的名字

↓

沙漠玫瑰

它的成份是石膏

就是畫石膏像和涂墻的石膏

在沙漠戈壁這種環(huán)境中

往往會生長出這種像花一樣的晶體

當(dāng)旅行者在沙漠中發(fā)現(xiàn)它們的時候

很自然就給它取名沙漠玫瑰了

這些沙漠里的“玫瑰花”

隱藏著美妙的科學(xué)知識

是滄海桑田的見證

是大自然的神奇造化

下面這塊晶瑩剔透的綠色石頭

是螢石

它的化學(xué)式叫氟化鈣

我們的手機和牙膏都離不開它

自然界中的螢石通常顏色都非常鮮艷

在湖南郴州的香花鋪礦

可以挖到它

第五章 礦的歸宿

湖南郴州有一座礦山叫瑤崗仙礦

很多人可能不知道這個名字

但它在國際礦物市場上

卻有著極高的聲譽

瑤崗仙主要生產(chǎn)鎢

它是我國鎢業(yè)的起源地

是目前國內(nèi)最大的黑鎢礦生產(chǎn)礦山

瑤崗仙山勢非常險峻

從小鎮(zhèn)到主峰

有1000多米的相對高差

這里整座山都是礦

幾十年的開采

整座山已被打得千瘡百孔

每隔幾十米會設(shè)計打一層平巷道

巷道之間用豎井連接

從下到上坐礦山電梯也要十幾分鐘

由于鎢礦的開采

山體植被與土壤遭到了嚴(yán)重的破壞

然而它的雄姿依然不減

在礦山井下

關(guān)掉頭燈

打開專用的熒光燈

礦壁上出現(xiàn)了星星點點的藍光

這就是鎢了

它以白鎢礦的形式保存在礦脈中

然后順著礦脈挖掘

挖出的石頭就是礦石

這些挖出的礦石

會用小火車一車一車地運出巷道

再傾倒出來

礦工會倚靠在護欄上用水沖洗

用極快的速度進行分選

把看上去比較好的礦石扔給旁邊的同伴

然后剩下的就倒掉了

這些廢棄的礦石會運至廢礦堆

無數(shù)的農(nóng)民會徹夜在這些廢礦堆上選礦

養(yǎng)活了幾萬人！

用地質(zhì)錘打碎礦石

把好的部分留下

差的扔掉

留下的礦石會被粉碎

倒入依山而建的分選車間

從上到下一步步分選

最后，在搖床上

這么一晃一晃的

鎢礦就留下來了

指尖上的黑色粉末就是鎢了

鎢是一種很硬的金屬

用它可以制造高硬度的坦克裝甲

上面這個針一樣的東西

是一根用鎢金屬加工成的炮彈

發(fā)射出去之后

會像切豆腐一樣撕開堅硬的坦克裝甲

鎢的特性在這種鐵與火的碰撞中

施展得玲離盡致

有時候

在開采過程中

會打到一些空洞

當(dāng)?shù)厝斯苓@種空洞叫“西服礦”（音）

有時候，這里會生長一些晶體

有四方四正的，有片狀的

你看到之后第一反應(yīng)是

好看！

然后會覺得非常神奇

為什么能長成這樣？

這就要回到初中化學(xué)了

如果我們把這些晶體極致放大

就能看到這樣的結(jié)構(gòu)

神奇的礦物晶體

就是這種結(jié)構(gòu)的理想放大狀態(tài)

瑤崗仙礦挖出來的這些精品礦物

一塊就價值數(shù)十萬至上百萬元

可惜

這種標(biāo)本國人卻難得一見

基本都流入了國際大藏家的手里

隨著礦物晶體的價值的體現(xiàn)

這些精美的礦物晶體

逐漸逃過了做成炮彈的命運

成為了博物館里的珍貴藏品

夜深人靜的時候

再次凝望這些美麗的礦物

仿佛在和星星對話

雖遠隔數(shù)萬光年

卻來自同一顆超新星的爆炸

雖經(jīng)歷億萬年的時光

卻一眼穿越萬年

作者：王煜