段景頤

從一粒沙中看人類對自然的影響

沙子可以告訴我們許多信息。當(dāng)你從沙灘上撿起幾粒沙子，你的指尖之間捏住的或許是一段跨度數(shù)百年的沙子形成史。從美國加州鋸齒山脈裸露出地表的石板或花崗巖上剝落的巖塊被薩克拉門托河一路搬運(yùn)到舊金山的海岸邊，這里的沙灘是小型有孔蟲門生物的埋骨地。另外，一些沙灘幾乎全部由珊瑚的遺骸構(gòu)成。地質(zhì)學(xué)家通過研究沙子的構(gòu)成和質(zhì)地，能夠揭示沙子形成的歷史。美國地質(zhì)學(xué)家麥凱根和伯納德對舊金山灣區(qū)的沙子進(jìn)行的一次全面研究，發(fā)現(xiàn)了這些沙子中蘊(yùn)含的大量信息。伯納德團(tuán)隊(duì)擁有從海灘、河流、溪谷和海床收集來的大量沙子樣本。研究人員仔細(xì)分析了這些樣本沙的形狀、大小和理化性質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn)，每粒沙子都具有特殊的“指紋”。分析顯示，灣區(qū)的沙子主要來自薩克拉門托河和圣華金河。在灣區(qū)的沙子樣本中，他們發(fā)現(xiàn)了金屬焊接板的碎片微粒和小玻璃球等人造材料。這種小玻璃球往往出現(xiàn)在高速公路的反光噴漆中，這說明公路排水系統(tǒng)實(shí)際上構(gòu)成了海陸沙循環(huán)的其中一條通路。

麥凱根在對沙子的研究中發(fā)現(xiàn)，一些地區(qū)突然出現(xiàn)了之前從未在這些地區(qū)生活過的有孔蟲門動(dòng)物和硅藻。這兩種小型海洋生物對生存環(huán)境十分挑剔，它們肯定是通過某個(gè)通道來到了新的棲息地，而舊金山灣區(qū)的研究則促使她認(rèn)為，人造排水管道很可能將這些小型生物送至新的棲息地。沙子不僅存在于海灘和沙漠，也不只是出現(xiàn)在建筑工地、體育場和游樂場，沙子出現(xiàn)在人類活動(dòng)的大部分地區(qū)，一捧沙子就能反映出人類對自然的影響。

商業(yè)采沙行業(yè)對環(huán)境具有破壞性影響，在這方面，迪拜就是一個(gè)很典型的例子。為了解決土地短缺，迪拜人突發(fā)奇想，決定在大海中修建人工棕櫚島，然后在島上建造豪華度假勝地和購物場所，以風(fēng)景如畫的白色沙灘和一年四季的陽光吸引世界各地的觀光客。為此，迪拜修建了朱美拉棕櫚島和世界島等四個(gè)人造群島，總面積超過200平方千米。創(chuàng)造如此巨大面積的人工島需要數(shù)以億噸的沙子。迪拜雖然是個(gè)沙漠中修建的城市，但沙漠沙不能作為建筑材料。承包商想到了從海床上開采沙子。大量疏浚船在5平方千米的范圍內(nèi)將海床表面的沙石挖起1米。不到1小時(shí)，8000噸的壓載艙被迅速填滿。隨后疏浚管將沙子抽取出來，將沙子噴灑在人造島海域。據(jù)聯(lián)合國的一份報(bào)告顯示，疏浚工程耗盡了迪拜幾乎所有的海洋沙資源，并破壞了珊瑚礁和其他海洋動(dòng)植物的棲息環(huán)境，嚴(yán)重影響海底水循環(huán)。

沙子不夠用了

2017年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署指出：人類對沙子的開采速度已大大超出它的再生速度。全世界2/3的海岸線都在朝陸地方向后退就是最好的證據(jù)。

2016年，在多倫多舉行的沙灘排球世界巡回賽的最后一場比賽，地點(diǎn)被選定在安大略湖的一個(gè)停車場。雖然在停車場周圍就有一個(gè)寬闊的海灘，但因?yàn)閲H排聯(lián)對比賽場地的沙子有嚴(yán)格要求，主辦方還是租賃了35輛運(yùn)輸車輛，從2小時(shí)車程外的臨時(shí)體育館調(diào)運(yùn)了1360噸比賽標(biāo)準(zhǔn)用沙。普通沙灘的沙子對排球比賽來說過于堅(jiān)硬，很容易讓球員受傷，過淺的顏色也不適合電視轉(zhuǎn)播。一般來說，能夠符合國際排聯(lián)要求的沙子大多分布在芬蘭、瑞典和丹麥。在2008年北京奧運(yùn)會(huì)沙灘排球比賽項(xiàng)目所用沙子全部來自海南東方市八所鎮(zhèn)，主辦方先用當(dāng)?shù)氐膬煞N沙子按照一定比例搭配成顏色適合轉(zhuǎn)播的混合沙，然后對沙子進(jìn)行水洗（沖掉草根、泥土等雜質(zhì)），再用磁選法去除沙中的鐵粉和鐵釘，然后經(jīng)過螺旋洗沙（徹底去除其中的泥土），最后將沙子送入圓形水池進(jìn)行分離（在豎直向上的水流作用下，顆粒小的沙子被拋出水池，只留下體積稍大、符合要求的沙子）。從八所鎮(zhèn)運(yùn)往北京朝陽公園沙灘排球場的1.7萬噸比賽標(biāo)準(zhǔn)用沙得到了各國參賽選手們的一致好評。

在建筑界，沙子被稱為“集料”，也被稱為“骨料”，是世界上僅次于水的第二大開采物。但就很多具體用途而言，合適的材料其實(shí)相當(dāng)稀少，難以得到，因?yàn)椴煌挠猛舅枰纳匙拥某煞?、粒徑不一。建筑用沙占到沙產(chǎn)業(yè)需求總量的60%～75%，向混凝土中摻入沙子能提高混凝土的強(qiáng)度。一般來說，修建一棟單層面積為100平方米的三層磚混結(jié)構(gòu)民居需要消耗145噸沙子。頁巖氣開采行業(yè)對沙子的需求量同樣很大：在頁巖油氣開采初期，要壓裂一口油氣井至少需要沙1800噸，而且單井的用沙量呈逐年增加的趨勢。截至2015年末，美國油氣行業(yè)的單井用沙量平均值已經(jīng)達(dá)到4400噸。建筑行業(yè)所使用的沙子多為河沙。在水中，河沙顆粒外層往往包裹著一層水膜，避免了沙子被打磨光滑，足夠的斷裂面和棱角保證了河沙的材料強(qiáng)度。沙漠中的沙子因?yàn)殚L期被風(fēng)搬運(yùn)，強(qiáng)風(fēng)讓沙粒之間猛烈碰撞，沙粒的突起和鋒利邊緣逐漸脫落。因此沙漠沙顆粒過圓，不適合作為集料。2014年，聯(lián)合國環(huán)境保護(hù)署在一份題為《沙子比你想象中更珍稀》的報(bào)告中指出：因?yàn)榻?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，沙子和礫石的開采正以指數(shù)級(jí)增長，自然界沙子的生成速度很難再繼續(xù)滿足人類需求。在牙買加和哥倫比亞等國家，利益驅(qū)使的非法采沙活動(dòng)猖獗，政府不得不派出警察守衛(wèi)采沙場。

沙子在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的用途更廣泛。建筑用玻璃、玻璃器皿和手機(jī)屏都需要熔化沙子制成的玻璃。自來水廠、排污系統(tǒng)和泳池也需要用到包含沙子的過濾系統(tǒng)。牙膏中的硅磨料的原材料也是沙子。在頁巖油氣采用的水力壓裂法技術(shù)中，工人們將大量圓形沙子注入裂開的巖石構(gòu)造中，讓裂縫保持開放狀態(tài)，這樣才能讓油氣被水壓上地表。傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)火車頭為了能夠在光滑的鋼軌上獲得足夠的制動(dòng)力，在剎車時(shí)需要向車輪前方的鐵軌上撒沙子，而這些沙子都是帶有棱角的。帶棱角的沙子還被用于俗稱水刀的“水射流切割技術(shù)”。從噴嘴高速噴出的水流中摻入的切割磨料是被稱為“石榴石沙子”的鋁（鈣）硅酸鹽，為褐紅色砂狀均勻小顆粒。雖然碳化硅和金剛石的硬度超過石榴石沙子，但是磨料太過堅(jiān)硬會(huì)影響噴嘴壽命，因此石榴石沙子是最合適的磨料。太陽能發(fā)電面板和電子計(jì)算機(jī)的芯片需要二氧化硅和硅做原料；小到螺栓大到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的渦輪都需要沙子澆筑模具；建筑物和公路的修建更離不開沙子。全世界沙進(jìn)口量最大的國家是新加坡，除建筑用沙外，新加坡每年從柬埔寨等國家進(jìn)口大量沙子用于填海造地。在沙進(jìn)口量排名榜上，電子產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的日本和韓國分別排名第二和第三，日韓每年需要從外國進(jìn)口大量硅含量高的沙子用于電子元件和玻璃制造。

沙子總會(huì)有用完的一天，但我們不知道目前可用于各種行業(yè)的沙子的儲(chǔ)量還有多少，分布在哪些地區(qū)，以及還能開采多少年？目前針對沙子資源的研究過于分散，研究領(lǐng)域呈現(xiàn)碎片化，尚未達(dá)到國際合作和交流的程度，所以我們對全球沙資源的現(xiàn)狀沒有完整的概念。沙子的形成需要很長時(shí)間，是一種不可再生資源，我們應(yīng)該有計(jì)劃地使用。否則，我們遲早會(huì)面臨無沙可用的窘境。