首页 > 冷门知识 > 关键词:冷门知识  日期:2021-07-10 23:15:05

原子旅行

斯匹茨卑尔根群岛也叫斯瓦尔巴群岛,是一个古老的岛屿,四周围绕着整片的冰。这里有一片死寂的冰漠,没有化学反应,岩石崩毁成沙或黏土,严寒浸透到地下,岩石的碎屑堆积成崖锥。只有鸟儿停留的地方有时会堆积起一些有机体,在这片冰野中,几乎只有磷酸盐一种矿物。

往南走走,来到了科拉半岛,这里有缓慢进行的化学反应。岛上的岩石洁净极了!清冷的早晨,拿望远镜向几十千米的野外望去,所看到的岩石和博物馆里的一样干净。在一片面积广大的陆地上,我们可以看到一层褐色氧化铁薄膜。只有低洼处才有泥炭堆聚,植物的有机体进行着缓慢的氧化作用,变成褐色的腐殖酸。一到春天,水流会把这些腐殖酸和其他物质一起冲走,给湖沼地带凝冻状的泥炭层染上颜色。

再向南就到了莫斯科附近,可以看到另一类化学反应。那里也有有机物的缓慢氧化,也有春水溶解铁和铝,莫斯科附近包围着白色和灰色的沙,大片泥炭田上覆盖着的蓝色磷酸盐闪着明亮的光点。

更往南,景色就逐渐变了,原子进入了新环境,化学反应变了样。我们看到莫斯科周围灰色的黏土怎样被伏尔加河中游的黑土带代替。看到阳光是怎样逐步改变地球表面的形状,从而让化学反应越来越激烈。

从伏尔加河左岸起,化学反应就有了新性质:这里开始出现广大的含盐地带,自罗马尼亚边境起穿过莫尔达维亚,沿着北高加索山坡,贯穿中亚,直到太平洋沿岸。这个地带含有各种氯、溴、碘的盐类。并且这些盐聚集在上万个三角港和死水湖里,这里进行着沉积物形成的复杂过程。

我们再向南走到了沙漠,在这里我们看到,一片片绿色草原植物之间是大片大片的岩土,白色的盐粒在阳光下闪闪发亮,巧克力色的阿姆河水穿梭在这些植物中间。这幅鲜亮的景色表明原子进行着新化学反应:原子之间交换位置在沙滩上寻求着新的平衡。一部分原子聚集成沙,一部分原子则溶在水中。这些原子被风刮走,被暴雨冲走,又在沙漠盐土和盐沼中沉积起来。

天山脚下的颜色更加鲜明。激烈的化学反应到处都有,原子在这块区域的旅行路线相当复杂。我第一次旅行到天山某个矿区时,映入眼中的那五颜六色的景象是我这辈子都忘不了的,我曾把那幅图画描绘在我讲宝石的书里:

岩石碎屑上覆盖着一层鲜蓝色和绿色的铜化合物薄膜,有些地方颜色深得像橄榄,那是含钒矿物;有些地方存有青色和浅蓝色交杂在一起的含铜水合硅酸盐。

许多铁的氢氧化物摆在我们眼前,各种颜色都有:有金黄色的赭石,有鲜红色的氢氧化铁,有黑褐色铁和锰结合的化合物;连水晶都有“康坡斯捷尔红宝石”般的鲜红色,黄色、褐色和红色的重晶石矿;洞窟里粉红色的黏土沉积物结晶出红色针状的羟钒矿。

地球化学家们仔细观察这幅图画,想研究清楚它的成因。首先要注意的是,化合物都已经被严重氧化,这些矿物就是锰、铁、钒、铜被高度氧化的结果。他们知道,这是由于南方太阳的照射,由于电离状态的氧气和臭氧的存在,由于热带雷雨时的放电使空气中的氮气变成了硝酸。

箭头带我们走出沙漠,走上4000米的高山进入了一片荒野中。这片区域的地上不是沙子而是冰块;这里看不见鲜艳的颜色,丝毫没有刚到中亚低地时看到的那种原子旅行的痕迹。摆在眼前的情形正和我们在斯匹茨卑尔根群岛见到的景象一样,到处是碎石片堆积起来的崖锥,这片冰雪世界中只有少数地方有一些盐类和硝石。这幅景象很容易让人联想起北极地带的荒凉;所不同的是这里有时会有电闪雷鸣,表示还有些生气,这里空气也会有放电现象,在放电时产生硝酸,并在帕米尔高原荒地里沉积出硝石。

顺着箭头再往前走,过了喜马拉雅山后,我们又重新看到了南部亚热带的鲜明色彩。干旱的炎夏与连绵的阴雨交替着,地面上极其复杂的化学反应进行着,可溶的盐类都被带走了,铝、锰和铁矿石聚集成厚厚的红色沉积层。

再往前到了孟加拉,我们看到了血红色的红土。有时大风卷起新土飞扬到空中。你瞧这热带巧克力色的印度土壤;灼热的太阳照射着岩石碎屑,仿佛在上面涂上了一层半金属的假漆,穿插在印度亚热带的红色土壤中,只有很少地方沉积着白色和粉色的盐层。

原子旅行到了印度以南就更加丰富了,碧绿的印度洋冲刷着红色海岸,玄武岩被爆发的火山从地下喷了出来。浅水的岸边连同那里的贝壳、珊瑚,一直到海底深处的珊瑚礁和珊瑚石灰岩,都能看出复杂化学反应的身影。死亡的海生动物骨骼沉积在海底淤泥中,堆积成磷酸盐质的纤核磷灰石。硅石被河水冲出来,放射虫就用硅石建造自己网状的细壳,有孔虫则吸取钒和钙来建造它的骨架。

北极地带和南部地带的景观怎么会相差如此之大呢?现在,我们知道了,这是因为阳光,因为氧化,因为湿气和高温。这种差别还和生物生活作用有关——生物在生长发育过程中需要大量不同的原子。大量的活细胞残骸在南部灼热的阳光下,分解出二氧化碳,二氧化碳溶于水后使水的酸性增加。南方化学反应的速度要比北方快很多倍,据科学计算,在大多数情形下,温度每升高10℃,普通化学反应的速度增加一倍。

北极地带的原子是那么呆板安静,而亚热带和南方荒地中的原子旅行路线则那么复杂,这个原因我们现在明白了。我们把前面讲过的称为化学地理学,我们已经知道,自然界以及地球上的大陆和地区,都进行着化学反应。

在决定地球化学作用的因素中,人为活动所起的作用越来越大。近百年里人的活动被限制在中纬度地区,后来才逐渐开发到北极地区和沙漠。人给自然界带来了新的化学反应,同时也破坏了一些天然作用。这门所谓的化学地理学,其实在确定土壤学基本原理时早已被注意到了。

土壤学诞生在俄国,19世纪80年代,著名的“土壤学之父”道库恰耶夫在圣彼得堡大学的讲堂上发表了著名的言论,从北极苔原叙述到南方沙漠,揭开了土壤学的神秘面纱。那时,还不能用化学的语言表达库恰耶夫卓越的见解。但现在,化学已深入地质学领域,农业化学家开始掌握植物生活和土壤中所进行的化学反应,而在地球化学家研究了原子所能旅行到的全部地区后,我们对于每种原子在地球上不同纬度的区域所经历的过程也逐渐明了了。

北极

南极

过去的历史告诉我们,地球上每个地方的面貌都发生过变化。在将近20亿年的时间里地壳发生过好几次变化,起初只有两极的山脉有高出雪线的山峰,之后才逐渐向南褶皱隆起像阿尔卑斯和喜马拉雅那样的山脉。包围着地球的大海也自北向南移动过,每个地方都发生过海变成山,山变成沙漠,再变成海。可见,漫长地质史上,化学反应的过程和原子旅行也发生过变化。所以,现在地球上每一处的土壤和岩石,都反映出在不同时代里原子所经历的化学命运。

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