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天下之铁  

2008-01-09 18:29:11|  分类: 其他科普 |  标签: |举报 |字号 订阅

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按:本文是我的钢铁工业史科普《钢铁是怎样炼成的》(暂定名)的“楔子”。
 

  时间上溯到136亿年前,银河系在宇宙中诞生了。
  从大爆炸横空出世的宇宙,这时只有10亿岁。这样一个年轻的宇宙是氢和氦的海洋,它让银河系的第一批恒星充满了大量的氢和氦。
  这是“黄金时代”的恒星。这第一批恒星猛烈地燃烧着,把四个氢原子核转变成一个氦原子核。它们的生命像夏花一样绚烂而短暂,当氢被烧完的时候,这些大熔炉骤然升温,开始把氦原子核聚合成碳和氧。当氦也燃烧殆尽的时候,又开始燃烧碳和氧,最后燃烧硅,从而形成了大量的铁。当硅也燃烧完之后,这些恒星便成为超新星,化作一团璀璨的焰火,用猛烈的爆炸结束了自己可歌可泣的生命。
  随后诞生了属于“白银时代”的第二批恒星。它们斯斯文文地燃烧着,重复着几乎和第一批恒星一样的冶炼元素的过程。只是,一些恒星等不到硅燃烧的阶段就熄灭了,它们变成了白矮星,像幽灵一样在黑暗冰冷的宇宙中踽踽独行;另一些恒星则再次重复了“黄金时代”恒星辉煌的晚年,它们在发生超新星爆炸前的一刹那燃烧硅,为宇宙生出了更多的铁的“灰烬”。
  46亿年前,一颗“白银时代”的超新星爆炸,释放出的能量扰动了它周边的一团含铁的星云,于是这团星云开始收缩、分化,在它中间生成了一颗属于“青铜时代”的银河系第三批恒星——太阳。在太阳的周围,众多含铁的星际尘埃也不断碰撞、汇聚,逐渐凝成了八大行星和众多的小天体。地球,就是这八大行星中距太阳第三远的那颗大行星。
  原始地球是一团炽热的熔融之球。在这团熔岩逐渐冷却的过程中,原先混在一起的各种化学元素,便因为彼此的秉性不同而分道扬镳。铁,这种表面热情、内心却冷若冰霜的元素,大部分和它的同伴镍一起,挟持着大量的贵金属,沉降到地球的中心,形成地核——也就是地球的那颗至今滚烫而转动不息的心。
  如果地球上所有的铁都沉降到地核里,那么也就不会有这本书后面的一切故事了。幸好,还有一部分铁和其他元素携手,形成了和金属铁性质迥异的轻质化合物,这些轻质化合物冉冉上升,成为构成地幔的重要成分。
  地幔就像一壶正在加热的表面还浮着一层冰的水,它下面的地核是加热器,上面那一层已经冷凝成坚硬的岩石的薄层就是地壳。就像水加热时会对流一样,地幔内部也有大大小小的对流,地幔物质便在这永无止息的对流中有上有下地缓慢运动着。当上升的地幔热流——也就是岩浆——到达地壳的底部时,要么将它撕裂或顶穿,于是形成壮观的火山喷发,要么只能渗透到它的下层裂缝中,于是形成侵入的岩浆岩。当岩浆中的铁含量比较高时,在火山喷发之后便会形成火山岩浆铁矿,而在岩浆侵入地壳之后,则形成侵入岩浆铁矿。
  有时候,在侵入地壳的岩浆温度降低之后,会从中分离出溶解有许多元素的热水来。这些热水比岩浆更容易钻进地壳的裂缝中,一边钻一边把周边的岩石泡得沾上了新的元素,就像腌菜时把蔬菜泡得沾满了盐一样;最后,在这些热水的温度降低之后,还溶解在其中的物质又纷纷析出,形成新的岩石。当热水中的铁含量比较高时,浸泡周边岩石形成的铁矿叫做接触交代铁矿,遇冷析出的铁矿,则叫做热液铁矿。
  在地壳内部受到这样的火和热水的锤炼之时,地壳外部却在受着冷水的洗礼。在水的作用下,一些岩石中的可溶成分逐渐被溶走,其中的铁却留了下来,逐渐富集成残余铁矿。但更多的时候,连铁也被溶走,随水注入河流,直到百川归流入海,这些铁才在海中沉积下来,形成沉积铁矿。上面的各种铁矿,如果在后来又受到岩浆的烘烤,在成分上发生一定的变化,则不管原来成因为何,统统叫做变质铁矿。
  现在在地球上能找到的最老的岩石,年龄为38亿年。38亿年来,铁,这种刚强与柔弱并存的元素,便在这种种的地质活动中,逐渐在地表或靠近地表的岩层中富集,悄无声息地形成了众多的铁矿。是的,在人类诞生之前,天下之铁,无论聚散,都是悄无声息。
  20万年前,智人出现。
  从此,铁的历史不再悄无声息,却充满了喧嚣嘈杂,甚至刀光剑影。

 

2008.01.09

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