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黃金的身世之謎

2019-09-13 07:11蘇光路
科學(xué)24小時(shí) 2019年9期
關(guān)鍵詞:巖漿天體行星

文/蘇光路

黃金誘人的價(jià)值,當(dāng)然不止于它耀眼的光芒,更在于它固有的穩(wěn)定品質(zhì)與稀缺性。僅以延展性來(lái)說(shuō),黃金可錘鍛成極薄的金葉,最薄的只有一厘米的五十萬(wàn)分之一。一克黃金可拉成66千米長(zhǎng)、直徑小于1微米的金絲。只要600克黃金,拉長(zhǎng)后就可以繞地球一圈,這是地球上任何東西都做不到的。

19世紀(jì)前的數(shù)千年歷史中,人類(lèi)總共生產(chǎn)的黃金不到1萬(wàn)噸。而目前全球黃金年產(chǎn)量約為2600噸,全世界各國(guó)公布的官方黃金總儲(chǔ)量是3.27萬(wàn)噸。據(jù)科學(xué)家估算,地球上可供開(kāi)采的黃金尚不足10萬(wàn)噸。也就是說(shuō),用不了幾十年,地表的黃金便會(huì)告罄。

其實(shí),地球本身蘊(yùn)藏的黃金并不少,只是因?yàn)楸戎靥?,在地球形成初期的熔融狀態(tài)時(shí)都沉入地球內(nèi)部了。要說(shuō)清這個(gè)問(wèn)題,必須回溯一下黃金究竟是怎樣形成的。

黃金到底是怎么來(lái)的

我們知道,早期宇宙中只有氫和氦兩種元素。準(zhǔn)確地說(shuō),早期宇宙中90%的物質(zhì)是氫,氦是氫進(jìn)行熱核反應(yīng)后的副產(chǎn)品,太陽(yáng)至今仍從事著這項(xiàng)古老的工作。如果想要獲得更重的物質(zhì),那么恒星的溫度就要更高、質(zhì)量要更大。一顆恒星如果想制造鐵的話(huà),它的質(zhì)量至少要比太陽(yáng)大8倍,核心溫度必須超過(guò)1500萬(wàn)攝氏度。只有在這樣的高溫高壓下,物質(zhì)分子方可產(chǎn)生超乎尋常的碰撞交融,從量變到質(zhì)變,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為另一種物質(zhì)。不可思議的是,在條件成熟的情況下,這種碰撞蛻變是在瞬間完成的。僅從宇宙元素的制造散布上看,碰撞既是最基本的運(yùn)作方式,也是宇宙萬(wàn)物最神奇的造物主。

最寶貴也最有價(jià)值的碰撞發(fā)生在6年前,“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”觀測(cè)到2顆致密的天體——中子星的碰撞。通過(guò)分析碰撞產(chǎn)生的光線(xiàn),科學(xué)家獲得了碰撞發(fā)生時(shí)的化學(xué)信息。這些信息顯示,這次碰撞產(chǎn)生了大量黃金,其質(zhì)量相當(dāng)于月球質(zhì)量的好幾倍??梢钥隙ǖ氖牵厍蛏系狞S金同樣是這種星際碰撞的結(jié)果,即由形成早期地球的隕星裹挾而來(lái)。

黃金是怎樣藏身地核的

黃金沉入地核,是因?yàn)辄S金的高比重形成的自然下沉所致,當(dāng)然它的前提是要在熔融狀態(tài)下才能完成。那地球形成初期為何會(huì)呈現(xiàn)出奔涌沸騰的熔融狀態(tài)呢?這源于行星形成時(shí)的能量轉(zhuǎn)化。

的確,高密度的塵埃聚合成星球是一個(gè)劇烈的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程,塵埃高速飛行的動(dòng)能在相撞過(guò)程中轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,釋放出高溫,以此融化塵埃,進(jìn)而如滾雪球般越聚越大。當(dāng)行星的原型逐漸形成之后,自身龐大的引力會(huì)吸引到更多的氣體、塵屑和小天體。當(dāng)氣體、塵屑和小天體墜地的時(shí)候,同樣把自己的動(dòng)能全部貢獻(xiàn)給了星球的內(nèi)能。

就這樣,在地球形成初期的數(shù)億年內(nèi),它的表面猶如一片沸騰不息的巖漿海。在行星聚合過(guò)程中墜地的塵屑和小天體紛紛解體,融解在這汪宇宙的巖漿海中,其中就包含數(shù)量驚人的黃金。

物理學(xué)的定義告訴我們,液體中的物質(zhì)受到重力和浮力的控制而運(yùn)動(dòng)。當(dāng)體積相等時(shí),密度大的物質(zhì)會(huì)擁有更大的質(zhì)量,因而受到更強(qiáng)烈的地心引力,得以克服自己的浮力,向引力中心,也就是星球深處運(yùn)動(dòng)。與此相對(duì)應(yīng),當(dāng)質(zhì)量相等時(shí),密度小的物質(zhì)又會(huì)擁有更大的體積,受到的浮力更大,于是就傾向于浮到巖漿海的表面。

正是這兩種力的作用,最終給整個(gè)星球帶來(lái)了宏觀的演化趨勢(shì):鉑、金、鐵等重的物質(zhì)越來(lái)越富集于地球深處,輕的物質(zhì)則越來(lái)越富集于地球表層,久而久之,地球的巖漿海里出現(xiàn)了分層。當(dāng)溫度逐漸冷卻,物質(zhì)開(kāi)始結(jié)晶的時(shí)候,就把這種分層的特征凝固成了星球的圈層結(jié)構(gòu)。

正是這種圈層結(jié)構(gòu)的形成,把寶貴的黃金牢牢地封存在地球深處,成為人類(lèi)既不可望、也不可及的巨額寶藏。

這就是地球本身固有黃金的來(lái)源與去向,而這些黃金與我們現(xiàn)在手里的黃金沒(méi)有一丁點(diǎn)兒關(guān)系。

地表黃金天上來(lái)

好奇的你一定會(huì)問(wèn),既然形成于地球初期的黃金都深潛入地球內(nèi)部了,那今天散布在地表的黃金又是從哪里來(lái)的,難道是從天上掉下來(lái)的嗎?

恭喜你,答對(duì)了!人類(lèi)已經(jīng)獲得的,與即將獲得的全部黃金,的確都是從天上掉下來(lái)的。而墜地的小行星就是我們的“黃金天使”。隨著行星分異逐漸完成,地球巖漿海逐漸冷卻,表層逐漸凝固成巖石圈,墜落的小行星所攜帶的一切物質(zhì),包括黃金等貴重金屬就自然留在地表了。

在42億~38億年前,也就是冥古宙后期,已經(jīng)凝固成型,脫穎而出的地球,遭受了小天體的又一輪密集轟炸。天文學(xué)家研究認(rèn)為,這是因?yàn)橐阅拘菫槭椎木扌行窃诖藭r(shí)間段調(diào)整了位置,從原有的軌道上飛了出去。木星是太陽(yáng)系最大的行星,體積能夠達(dá)到地球的1300多倍,質(zhì)量是地球的318倍。木星突然調(diào)整軌道帶來(lái)的動(dòng)靜自然非同小可,它將阻擋其行進(jìn)的大小天體一掃而光。這些進(jìn)入太陽(yáng)系內(nèi)呼嘯而來(lái)的小天體對(duì)于地球來(lái)說(shuō)無(wú)異于禍從天降,地球就像突然遭受到了轟炸機(jī)的飽和式轟炸一樣。這個(gè)發(fā)生在冥古宙后期的密集隕擊事件,在天文學(xué)上被稱(chēng)為“后期重轟炸”。

值得一提的是,本次天文事件不僅給我們帶來(lái)了黃金,而且還帶來(lái)了生命起源的重要保障——水。所以說(shuō),地球上的黃金和水都是從天而降的。而就智慧生命的起源演化來(lái)說(shuō),水的重要意義遠(yuǎn)超過(guò)黃金。

與深藏地球內(nèi)部的黃金相比,地表的黃金少得幾乎可以忽略不計(jì)了??茖W(xué)家推算后認(rèn)為,地球內(nèi)部的黃金儲(chǔ)量約為1500萬(wàn)億噸。這么多的金子,鋪在地上是個(gè)什么狀態(tài)呢?能夠給整個(gè)地球穿上一件近半米厚的“黃金甲”!

假如我們有幸看到那一天:地球上黃金泛濫,到處金光閃閃,每天出門(mén)我們都會(huì)被一地的金子絆倒幾次。那么那時(shí)黃金的價(jià)值必然發(fā)生逆轉(zhuǎn),而價(jià)值大逆轉(zhuǎn)了的黃金,又會(huì)給人類(lèi)文明帶來(lái)怎樣的影響呢?

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