论文部分内容阅读
在我们的印象中,沙子应该是永远用不完的。但你可能不会相信,沙子是目前市场上最炙手可热的原材料商品之一。世界上每個海滩上的沙子都在讲述着不同的自然历史,还有一些沙子则留下了人类活动的印记。
位于法国的奥马哈海滩曾是诺曼底登陆战役中交火最激烈、死伤最惨重的一段滩头。盟军在奥马哈滩头遭受了巨大的损失,仅阵亡者就达2500人,因此奥马哈滩又称“血腥奥马哈”。奥马哈沙滩长约8千米,在最高水位标记附近的地面上散落着直径20厘米左右的卵石。往更高处走,能够看见一些小沙丘和背后低矮的山崖,这里的沙子是干净的黄灰色沙。
最引人注意的是,弹片颗粒中出现了圆形铁珠和玻璃珠。麦克布莱德从样本中找到了13颗完整的小铁珠,5颗破损的中空铁珠和12颗玻璃珠。铁珠的直径为0.1~0.3毫米,外观几乎没有腐蚀痕迹。玻璃珠的外表异常光滑,且大小完全相同——直径都为0.5毫米。构成玻璃珠的材料十分通透,含有一些气泡。科学家最初以为这些玻璃珠是二氧化硅玻璃,和沙滩上的沙子成分相同。然而,光谱分析显示,这些玻璃中含有钠、钙、镁元素。
麦克布莱德和皮克德在他们掌握的证据的基础上,推测出了玻璃珠可能的形成过程。二战时炸药爆炸产生的火焰瞬时温度至少在1200℃以上。二氧化硅和海水中大量存在的钠、钙和镁一同被加热。海滩的沙粒在高温下与这三种离子发生离子交换,就形成了包含钠、钙、镁的玻璃珠。不过,1200℃虽然可以融化铸铁炮弹,却无法完全达到二氧化硅的熔点范围(1600~1700°C)。那么,沙子又是如何被熔化形成玻璃的呢?
麦凯根在对沙子的研究中发现,一些地区突然出现了之前从未在这些地区生活过的有孔虫门动物和硅藻。这两种小型海洋生物对生存环境十分挑剔,它们肯定是通过某个通道来到了新的栖息地,而旧金山湾区的研究则促使她认为,人造排水管道很可能将这些小型生物送至新的栖息地。沙子不仅存在于海滩和沙漠,沙子也不只是出现在建筑工地、体育场和游乐场,沙子出现在人类活动的大部分地区,一捧沙子就能反映出人类对自然的影响。 商业采沙行业对环境具有破坏性影响,在这方面,迪拜就是一个很典型的例子。为了解决土地短缺,迪拜人突發奇想,决定在大海中修建人工棕榈岛,然后在岛上建造豪华度假胜地和购物场所,以风景如画的白色沙滩和一年四季的阳光吸引世界各地的观光客。为此,迪拜修建了朱美拉棕榈岛和世界岛等四个人造群岛,总面积超过200平方千米。创造如此大面积的人工岛需要数以亿吨的沙子。迪拜虽然是个在沙漠中修建的城市,但沙漠沙不能作为建筑材料。承包商想到了从海床上开采沙子。大量疏浚船在5平方千米的范围内将海床表面的沙石挖起1米。不到1小时,8000吨的压载舱被迅速填满。随后疏浚管将沙子抽取出来,将沙子喷洒在人造岛海域。据联合国的一份报告显示,疏浚工程耗尽了迪拜几乎所有的海洋沙资源,并破坏了珊瑚礁和其他海洋动植物的栖息环境,严重影响海底水循环。
2017年,联合国环境规划署指出:人类对沙子的开采速度已大大超出它的再生速度。全世界2/3的海岸线都在朝陆地方向后退就是最好的证据。
沙子在工业领域内的用途更加广泛。建筑用玻璃、玻璃器皿和手机屏都需要熔化沙子制成的玻璃。自来水厂、排污系统和泳池也需要用到包含沙子的过滤系统。牙膏中的硅磨料的原材料也是沙子。在页岩油气采用的水力压裂法技术中,工人们将大量圆形沙子注入裂开的岩石构造中,让裂缝保持开放状态,这样才能让油气被水压上地表。传统的内燃机火车头为了能够在光滑的钢轨上获得足够的制动力,在刹车时需要向车轮前方的铁轨上洒沙子,而这些沙子都是带有棱角的。带棱角的沙子还被用于俗称水刀的“水射流切割技术”。从喷嘴高速喷出的水流中掺入的切割磨料是被称为“石榴石沙子”的铝(钙)硅酸盐,为褐红色砂状均匀小颗粒。虽然碳化硅和金刚石的硬度超过石榴石沙子,但是磨料太过坚硬会影响喷嘴寿命,因此石榴石沙子是最合适的磨料。太阳能发电面板和电子计算机的芯片需要二氧化硅和硅做原料;小到螺栓大到风力发电机的涡轮都需要沙子浇注模具;建筑物和公路的修建更离不开沙子。全世界沙进口量最大的国家是新加坡,除建筑用沙外,新加坡每年从柬埔寨等国家进口大量沙子用于填海造地。在沙进口量排名榜上,电子产业发达的日本和韩国分别排名第二和第三,日韩每年需要从外国进口大量硅含量高的沙子用于电子元件和玻璃制造。
沙子讲述登陆日战役
位于法国的奥马哈海滩曾是诺曼底登陆战役中交火最激烈、死伤最惨重的一段滩头。盟军在奥马哈滩头遭受了巨大的损失,仅阵亡者就达2500人,因此奥马哈滩又称“血腥奥马哈”。奥马哈沙滩长约8千米,在最高水位标记附近的地面上散落着直径20厘米左右的卵石。往更高处走,能够看见一些小沙丘和背后低矮的山崖,这里的沙子是干净的黄灰色沙。
最引人注意的是,弹片颗粒中出现了圆形铁珠和玻璃珠。麦克布莱德从样本中找到了13颗完整的小铁珠,5颗破损的中空铁珠和12颗玻璃珠。铁珠的直径为0.1~0.3毫米,外观几乎没有腐蚀痕迹。玻璃珠的外表异常光滑,且大小完全相同——直径都为0.5毫米。构成玻璃珠的材料十分通透,含有一些气泡。科学家最初以为这些玻璃珠是二氧化硅玻璃,和沙滩上的沙子成分相同。然而,光谱分析显示,这些玻璃中含有钠、钙、镁元素。
麦克布莱德和皮克德在他们掌握的证据的基础上,推测出了玻璃珠可能的形成过程。二战时炸药爆炸产生的火焰瞬时温度至少在1200℃以上。二氧化硅和海水中大量存在的钠、钙和镁一同被加热。海滩的沙粒在高温下与这三种离子发生离子交换,就形成了包含钠、钙、镁的玻璃珠。不过,1200℃虽然可以融化铸铁炮弹,却无法完全达到二氧化硅的熔点范围(1600~1700°C)。那么,沙子又是如何被熔化形成玻璃的呢?
麦凯根在对沙子的研究中发现,一些地区突然出现了之前从未在这些地区生活过的有孔虫门动物和硅藻。这两种小型海洋生物对生存环境十分挑剔,它们肯定是通过某个通道来到了新的栖息地,而旧金山湾区的研究则促使她认为,人造排水管道很可能将这些小型生物送至新的栖息地。沙子不仅存在于海滩和沙漠,沙子也不只是出现在建筑工地、体育场和游乐场,沙子出现在人类活动的大部分地区,一捧沙子就能反映出人类对自然的影响。 商业采沙行业对环境具有破坏性影响,在这方面,迪拜就是一个很典型的例子。为了解决土地短缺,迪拜人突發奇想,决定在大海中修建人工棕榈岛,然后在岛上建造豪华度假胜地和购物场所,以风景如画的白色沙滩和一年四季的阳光吸引世界各地的观光客。为此,迪拜修建了朱美拉棕榈岛和世界岛等四个人造群岛,总面积超过200平方千米。创造如此大面积的人工岛需要数以亿吨的沙子。迪拜虽然是个在沙漠中修建的城市,但沙漠沙不能作为建筑材料。承包商想到了从海床上开采沙子。大量疏浚船在5平方千米的范围内将海床表面的沙石挖起1米。不到1小时,8000吨的压载舱被迅速填满。随后疏浚管将沙子抽取出来,将沙子喷洒在人造岛海域。据联合国的一份报告显示,疏浚工程耗尽了迪拜几乎所有的海洋沙资源,并破坏了珊瑚礁和其他海洋动植物的栖息环境,严重影响海底水循环。
沙子不够用了
2017年,联合国环境规划署指出:人类对沙子的开采速度已大大超出它的再生速度。全世界2/3的海岸线都在朝陆地方向后退就是最好的证据。
沙子在工业领域内的用途更加广泛。建筑用玻璃、玻璃器皿和手机屏都需要熔化沙子制成的玻璃。自来水厂、排污系统和泳池也需要用到包含沙子的过滤系统。牙膏中的硅磨料的原材料也是沙子。在页岩油气采用的水力压裂法技术中,工人们将大量圆形沙子注入裂开的岩石构造中,让裂缝保持开放状态,这样才能让油气被水压上地表。传统的内燃机火车头为了能够在光滑的钢轨上获得足够的制动力,在刹车时需要向车轮前方的铁轨上洒沙子,而这些沙子都是带有棱角的。带棱角的沙子还被用于俗称水刀的“水射流切割技术”。从喷嘴高速喷出的水流中掺入的切割磨料是被称为“石榴石沙子”的铝(钙)硅酸盐,为褐红色砂状均匀小颗粒。虽然碳化硅和金刚石的硬度超过石榴石沙子,但是磨料太过坚硬会影响喷嘴寿命,因此石榴石沙子是最合适的磨料。太阳能发电面板和电子计算机的芯片需要二氧化硅和硅做原料;小到螺栓大到风力发电机的涡轮都需要沙子浇注模具;建筑物和公路的修建更离不开沙子。全世界沙进口量最大的国家是新加坡,除建筑用沙外,新加坡每年从柬埔寨等国家进口大量沙子用于填海造地。在沙进口量排名榜上,电子产业发达的日本和韩国分别排名第二和第三,日韩每年需要从外国进口大量硅含量高的沙子用于电子元件和玻璃制造。