第一章 超级元素工厂

地球上的每一块金子，都来自宇宙里的星星

今天我们就来介绍一下它们的身世

首先，我们要复习一个初中的知识点

众所周知

这个世界

是由各种化学元素组成的

排第一的是氢元素

然后是氦元素

它们大概是这个样子

↓↓↓

宇宙空间里，到处都漂浮着氢元素

按照丰富程度算

大概占到了90%

这么多的氢元素是哪里来的呢？

根据“大爆炸理论”（The Big Bang Theory）

它们都来自138.2亿年前的一次大爆炸

一个致密炽热的奇点

不知道为什么就炸开了

威力虽然巨大

却只能生产出氢元素和氦元素

而想要得到元素周期表里的其他元素

就要靠宇宙中的“元素工厂”了

它们是

↓

恒星

在万有引力的作用下

氢元素堆积在一起被加热到非常高的温度

然后

两个氢元素聚合在一起

发生核聚变

并且生成新的元素

↓

氦

这个过程会释放出巨大的能量

这也是氢弹的原理

恒星里，每时每刻都有无数个“氢弹”在爆炸

随着恒星内部的温度上升

直到一亿多摄氏度时

会发生新的聚变反应

氦聚变

此后生成的元素就会逐渐复杂有的情况下，恒星还会变成红巨星

这个过程能够生成从氦到26号元素铁以内的所有元素

有些大质量的恒星

演化到后期

在铁开始聚变时

会发生一种超大规模的爆炸

这种爆炸就是超新星爆发

它可以生成从27号元素钴到92号元素铀

当然也包括我们最喜欢的79号元素

↓

金

但是代价真的有点大

地球上这点金子

要炸一颗比太阳还要大8倍的恒星！

然后

从93号元素镎开始

宇宙也造不出来

都是人造的了！

人类是不是也很厉害？

超新星爆炸后

宇宙空间中到处是残留的各种元素

当然

还是以氢元素为主

这些物质在万有引力的作用下

再一次聚集在一起

形成新的恒星和行星

我们的太阳系就是这样来的

太阳的年龄大概50亿岁

和宇宙的年龄比

还算年轻

太阳系里的这些物质

已经不知道是第几次超新星爆炸的产物了

换句话说

太阳已不知经历了几道轮回

第二章 行星矿工

大概46亿年前

地球形成了

而幸运的是

因为离太阳比较近

按照重力分选

地球的元素还比较重

离得远的行星则大多是比较轻的元素

例如木星主要是氢和氦

地球的结构大概是这样

中心是铁和镍组成的内核

就像太阳系里很多铁陨石的成份一样

地壳中各元素所占的比例及含量大致如下：

氧48.60%

硅26.30%

铝7.73%

铁4.75%

钙3.45%

钠2.74%

钾2.47%

镁2.00%

氢0.76%

其它1.20%

人人都爱的金子

就在这其他的1.2%里头

而且还占得很少

地球这么大

金子那么少

如果平均分布在地球上

得怎么找啊？

有没有一些办法

让金子们自动聚集在一起呢？

答案是肯定的

比如火山

我们知道，板块是运动的

坚硬的岩石圈浮在软的软流圈上

缓慢运动

有时候大洋板块会俯冲到大陆板块下

在这个过程中

大量的水会沿着缝隙被带入地下

受到地下高温高压的影响

这些水会被加热到500度以上

这种非常热的水

会溶解大量的金属元素

包括金银铜铁这些大家熟悉的矿物

这种高温液体被称为

↓

热液

当热液沿着火山的通道上升

会逐渐冷却

不同的矿物会先后从热液中析出

当热液冷却到200-300℃时

金矿就形成了

第三章 人类登场

经过漫长的演化

生命从简单到复杂

最终

人类登上地球的舞台

而人类文明演化的历史

就是一部对矿物的利用史

这是一件精美的石器

所使用的材质是在星球上随处可见的水晶

没错，真的是随处可见

先祖们很容易就能发现这种材料

这种材料硬度高，断口锋利

用来制作兵器再理想不过了

但是

它也有弱点

那就是太脆了

而且，用石器也没什么厉害的

很多动物都会用它

很快

人类就发现了更好用的工具

我们熟悉的青铜时代

铁器时代

先后到来

随着人类文明的不断向前

更多的矿物被发现和利用

很自然地

矿山和矿业出现了

人类开始有组织、大规模地开采所需要的矿物

第四章 矿物和文明

在北美洲

有人在森林里发现了一块巨大的金属

这是一块纯铜

上一个冰河时代

它被冰河从遥远的地方搬运过来

后来冰雪融化

它就留在了这里

铜是人类最早使用的金属之一

它分布广泛

在地壳中的含量约为0.01%

同时铜有很好的延展性、导热和导电性能

因此它成为了电气时代最重要的材料

铜钱也曾是中国古代最重要的货币

用量极大

那么铜从哪里来？

湖南郴州的桂阳县

曾是中国古代最重要的铜矿产地

在唐朝时，为帝国提供了三分之一的铜矿

现在这里是一座矿山公园

建造了世界上最大的铜钱

湖北的大冶，安徽的铜陵，江西的德兴

都是铜矿的重要分布地区

在安徽池州

有一座大型的铜矿

↓

六峰山铜矿

矿石从地下数百米深处被挖掘下来

通过斜井一车一车地拉到地面上

我们在矿石堆中

找到了这些铜矿石

它的学名叫斑铜矿

它含有铁、硫和铜

区别于其他的铜矿石

它有着美丽的彩虹色

这是一种氧化薄膜所呈现的色彩

叫做锖（qiāng）色

铜矿石经过复杂的冶炼工艺

最终就得到我们喜爱的铜

随着人类文明的继续前进

铝这种又硬又轻的材料登场了

它的用量比铜还要大

无论是飞机、火箭还是手机

都大量使用了这种材料

而铝元素主要来自一种叫做三水铝石的矿物

它的晶体细小

经常聚集在一起成球状

一般为白色

少数呈现美丽的蓝色

而且有好看的玻璃光泽

这是产自云南的三水铝石

人类文明继续前进

对矿物的利用终于进展到了自然界的尽头

第92号元素

铀

它的使用历史比铝更短

1945年的一声巨响

开启了人类的核时代

现在这些铀矿石

为我们提供了源源不断的电力

在湖南的平江县

出产一种重要的铀矿石

↓

钙铀云母

在自然光下，呈现美丽的黄绿色

如果用紫外灯照射

它会发出鬼魅般的颜色

像电灯泡一样的绿色

这种现象叫做荧光

现在这样的矿物晶体成为了爱好者

疯狂收藏的对象

一块矿石往往卖到几千上万元以上

当然除了工业用途

很多矿物宝石

外形精致

颜色亮丽

无论是观赏还是收藏

都十分有看头

例如这种价格相对便宜，又非常好看的石榴子石

它确实长得像石榴子一样

得名石榴子石也是毫无波澜

它的家族有很多很多种矿物

许多都用来制作首饰

例如这种

像芬达饮料一样的芬达榴石

还有一些矿物

没有什么工业价值

又因为硬度低

做不了首饰

但是

却也有很多人花高价收藏

这是为什么呢？

例如这块沙漠里挖到的石头

它有一个很形象的名字

↓

沙漠玫瑰

它的成份是石膏

就是画石膏像和涂墙的石膏

在沙漠戈壁这种环境中

往往会生长出这种像花一样的晶体

当旅行者在沙漠中发现它们的时候

很自然就给它取名沙漠玫瑰了

这些沙漠里的“玫瑰花”

隐藏着美妙的科学知识

是沧海桑田的见证

是大自然的神奇造化

下面这块晶莹剔透的绿色石头

是萤石

它的化学式叫氟化钙

我们的手机和牙膏都离不开它

自然界中的萤石通常颜色都非常鲜艳

在湖南郴州的香花铺矿

可以挖到它

第五章 矿的归宿

湖南郴州有一座矿山叫瑶岗仙矿

很多人可能不知道这个名字

但它在国际矿物市场上

却有着极高的声誉

瑶岗仙主要生产钨

它是我国钨业的起源地

是目前国内最大的黑钨矿生产矿山

瑶岗仙山势非常险峻

从小镇到主峰

有1000多米的相对高差

这里整座山都是矿

几十年的开采

整座山已被打得千疮百孔

每隔几十米会设计打一层平巷道

巷道之间用竖井连接

从下到上坐矿山电梯也要十几分钟

由于钨矿的开采

山体植被与土壤遭到了严重的破坏

然而它的雄姿依然不减

在矿山井下

关掉头灯

打开专用的荧光灯

矿壁上出现了星星点点的蓝光

这就是钨了

它以白钨矿的形式保存在矿脉中

然后顺着矿脉挖掘

挖出的石头就是矿石

这些挖出的矿石

会用小火车一车一车地运出巷道

再倾倒出来

矿工会倚靠在护栏上用水冲洗

用极快的速度进行分选

把看上去比较好的矿石扔给旁边的同伴

然后剩下的就倒掉了

这些废弃的矿石会运至废矿堆

无数的农民会彻夜在这些废矿堆上选矿

养活了几万人！

用地质锤打碎矿石

把好的部分留下

差的扔掉

留下的矿石会被粉碎

倒入依山而建的分选车间

从上到下一步步分选

最后，在摇床上

这么一晃一晃的

钨矿就留下来了

指尖上的黑色粉末就是钨了

钨是一种很硬的金属

用它可以制造高硬度的坦克装甲

上面这个针一样的东西

是一根用钨金属加工成的炮弹

发射出去之后

会像切豆腐一样撕开坚硬的坦克装甲

钨的特性在这种铁与火的碰撞中

施展得玲离尽致

有时候

在开采过程中

会打到一些空洞

当地人管这种空洞叫“西服矿”（音）

有时候，这里会生长一些晶体

有四方四正的，有片状的

你看到之后第一反应是

好看！

然后会觉得非常神奇

为什么能长成这样？

这就要回到初中化学了

如果我们把这些晶体极致放大

就能看到这样的结构

神奇的矿物晶体

就是这种结构的理想放大状态

瑶岗仙矿挖出来的这些精品矿物

一块就价值数十万至上百万元

可惜

这种标本国人却难得一见

基本都流入了国际大藏家的手里

随着矿物晶体的价值的体现

这些精美的矿物晶体

逐渐逃过了做成炮弹的命运

成为了博物馆里的珍贵藏品

夜深人静的时候

再次凝望这些美丽的矿物

仿佛在和星星对话

虽远隔数万光年

却来自同一颗超新星的爆炸

虽经历亿万年的时光

却一眼穿越万年

作者：王煜

来源: 王煜 战略性关键金属科普平台