你有沒有想過,每天摸到、用到的手機(jī),電腦等等一系列帶金屬的物品,背后其實(shí)都藏著一個(gè)宇宙級(jí)的大秘密?沒錯(cuò),這事兒還得從138億年前的宇宙大爆炸說起。
那時(shí)候,整個(gè)宇宙就像一鍋溫度高達(dá)千萬億度的“粒子湯”,里面全是夸克、膠子這些最基本的粒子在到處亂竄。后來,隨著宇宙不斷膨脹,溫度也跟著降下來。當(dāng)降到大概兩萬億度的時(shí)候,夸克們就開始手拉手,組成了質(zhì)子和中子。等宇宙溫度再降到十億度左右,質(zhì)子和中子就能穩(wěn)定地抱在一起了,形成了氫和氦的原子核,還有那么一丁點(diǎn)兒的鋰。這個(gè)過程,科學(xué)家管它叫“原初核合成”,宇宙里絕大多數(shù)的氫和氦就是這么來的。
宇宙的開端:萬物源于熾熱的粒子之湯
你可能會(huì)問,那比氫和氦更重的元素又是怎么來的?這就要靠天上的恒星了。恒星其實(shí)就是個(gè)巨大的元素工廠,在它核心處的溫度和壓力高得嚇人,氫原子就在那兒不停地搞核聚變,變成氦,同時(shí)釋放出巨大的能量。等恒星里的氫燃料燒得差不多了,它的核心就會(huì)塌縮,溫度變得更高,就開始把氦聚變成碳和氧。要是這顆恒星個(gè)頭足夠大,它還會(huì)接著聚變,一路造出氖、鈉、鎂、鋁、硅,最終一直到鐵。鐵原子核特別穩(wěn)定,所以核聚變到這就基本剎車了。
恒星熔爐:宇宙中偉大的元素制造工廠
那問題又來了,比鐵還要重的那些貴金屬,像金、銀、鈾這些,又是怎么被創(chuàng)造出來的?這還得看宇宙里最猛烈的場(chǎng)面——超新星爆發(fā)或者兩個(gè)中子星碰撞。在這種極端環(huán)境下,會(huì)產(chǎn)生超高的溫度和密度,釋放出海量的中子。這時(shí)候,鐵原子核就像開了“吃豆人”模式,瘋狂地吞吃這些中子,把自己喂得越來越重、越來越胖。聽起來是不是就像宇宙在玩一場(chǎng)超瘋狂的煉金術(shù)?科學(xué)家們通過引力波和伽馬射線的觀測(cè),已經(jīng)證實(shí)了這些過程的存在。像金、銀、鉑、鈾這些超重元素,就是這么來的。
宇宙級(jí)煉金術(shù):黃金誕生于星辰的碰撞
而宇宙辛辛苦苦造出來的這些元素,又是怎么跑到我們地球上來的呢?這個(gè)故事要從50億年前說起。當(dāng)時(shí)我們的太陽系,還是一片巨大的分子云,里面有各種氣體和塵埃,其實(shí)都是更早的恒星“死”了之后拋灑出來的骨灰,有氫、氦,也有那些更重的元素。所以說,“我們是星辰的一部分”這話真的一點(diǎn)沒錯(cuò)。
這片分子云在它自己的重力下開始收縮,并且越轉(zhuǎn)越快,最后變成了一個(gè)像披薩餅一樣的圓盤。大部分物質(zhì)都擠到了中間,點(diǎn)燃了自己,成了太陽;剩下的邊角料就繞著太陽轉(zhuǎn),慢慢碰撞聚集,變成了地球和其他行星。所以,地球算是直接繼承了宇宙大爆炸和恒星演化留下來的這份豐厚遺產(chǎn)。
星辰的饋贈(zèng):地球在塵埃與星云中誕生
剛誕生的地球其實(shí)是個(gè)大巖漿球,這時(shí)候元素們就開始“排隊(duì)站位”了。重的元素,比如鐵,就一個(gè)勁兒地往下沉,形成了地核;輕的呢,像硅和氧,就浮在上面,形成了地幔和地殼。不過,地球剛出生那會(huì)兒特別熱,像碳和水這些比較輕的物質(zhì),大部分都蒸發(fā)跑掉了。那我們現(xiàn)在賴以生存的碳和水是哪來的?這就要感謝小行星和彗星這些“宇宙快遞員”了。在太陽系早期,它們像下雨一樣撞擊地球,把大量的水和碳“快遞”到了咱們這兒,這才讓地球有了誕生生命的機(jī)會(huì)。
聊了這么多宇宙大事件,再說回現(xiàn)實(shí)。為什么地球上的這些寶貝,尤其是像金這種貴金屬,想開采出來就那么難呢?其實(shí)地球上的金一點(diǎn)都不少,算算總量能有4億億噸!但問題是,這些金絕大部分都因?yàn)樗?,早早地就沉?strong>地核里去了!我們?nèi)祟惉F(xiàn)在能挖到的,只是地殼里那點(diǎn)可憐的儲(chǔ)量。在絕大多數(shù)地方,每噸巖石里金的含量可能還不到0.005克。只有在一些經(jīng)歷了漫長(zhǎng)地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的地方,金被富集起來,才能形成有開采價(jià)值的金礦。
地心藏寶:億萬年地質(zhì)運(yùn)動(dòng)造就的黃金礦脈
不光是金,很多重要的金屬和稀有元素都面臨這個(gè)問題。它們?cè)?strong>地殼里含量低,分布還特別零散,有的藏在幾千米深的地下,有的在環(huán)境惡劣的無人區(qū)。從勘探、開采到提煉,每一步都是在燒錢、拼技術(shù)。比如黃金,現(xiàn)在全球每年的開采量大概是3300噸,剩下的儲(chǔ)量可能也就夠再挖個(gè)幾十年了,而且礦石的品位還越來越低,意味著開采成本越來越高。再加上挖礦帶來的土地破壞、水源污染等環(huán)境問題,各國的環(huán)保政策也越來越嚴(yán),門檻也是越來越高了。
所以說,我們每個(gè)人都是由古老的星辰物質(zhì)匯聚而成,現(xiàn)在又在腳下的地球身上,去尋找她億萬年來積攢的寶藏。想到這里,是不是覺得這是一種既渺小又奇妙的感覺?
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