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黄金的身世之谜

2019-09-13苏光路

科学24小时 2019年9期
关键词:岩浆天体行星

文/苏光路

黄金诱人的价值,当然不止于它耀眼的光芒,更在于它固有的稳定品质与稀缺性。仅以延展性来说,黄金可锤锻成极薄的金叶,最薄的只有一厘米的五十万分之一。一克黄金可拉成66千米长、直径小于1微米的金丝。只要600克黄金,拉长后就可以绕地球一圈,这是地球上任何东西都做不到的。

19世纪前的数千年历史中,人类总共生产的黄金不到1万吨。而目前全球黄金年产量约为2600吨,全世界各国公布的官方黄金总储量是3.27万吨。据科学家估算,地球上可供开采的黄金尚不足10万吨。也就是说,用不了几十年,地表的黄金便会告罄。

其实,地球本身蕴藏的黄金并不少,只是因为比重太大,在地球形成初期的熔融状态时都沉入地球内部了。要说清这个问题,必须回溯一下黄金究竟是怎样形成的。

黄金到底是怎么来的

我们知道,早期宇宙中只有氢和氦两种元素。准确地说,早期宇宙中90%的物质是氢,氦是氢进行热核反应后的副产品,太阳至今仍从事着这项古老的工作。如果想要获得更重的物质,那么恒星的温度就要更高、质量要更大。一颗恒星如果想制造铁的话,它的质量至少要比太阳大8倍,核心温度必须超过1500万摄氏度。只有在这样的高温高压下,物质分子方可产生超乎寻常的碰撞交融,从量变到质变,进而转化为另一种物质。不可思议的是,在条件成熟的情况下,这种碰撞蜕变是在瞬间完成的。仅从宇宙元素的制造散布上看,碰撞既是最基本的运作方式,也是宇宙万物最神奇的造物主。

最宝贵也最有价值的碰撞发生在6年前,“哈勃太空望远镜”观测到2颗致密的天体——中子星的碰撞。通过分析碰撞产生的光线,科学家获得了碰撞发生时的化学信息。这些信息显示,这次碰撞产生了大量黄金,其质量相当于月球质量的好几倍。可以肯定的是,地球上的黄金同样是这种星际碰撞的结果,即由形成早期地球的陨星裹挟而来。

黄金是怎样藏身地核的

黄金沉入地核,是因为黄金的高比重形成的自然下沉所致,当然它的前提是要在熔融状态下才能完成。那地球形成初期为何会呈现出奔涌沸腾的熔融状态呢?这源于行星形成时的能量转化。

的确,高密度的尘埃聚合成星球是一个剧烈的能量转化过程,尘埃高速飞行的动能在相撞过程中转化为内能,释放出高温,以此融化尘埃,进而如滚雪球般越聚越大。当行星的原型逐渐形成之后,自身庞大的引力会吸引到更多的气体、尘屑和小天体。当气体、尘屑和小天体坠地的时候,同样把自己的动能全部贡献给了星球的内能。

就这样,在地球形成初期的数亿年内,它的表面犹如一片沸腾不息的岩浆海。在行星聚合过程中坠地的尘屑和小天体纷纷解体,融解在这汪宇宙的岩浆海中,其中就包含数量惊人的黄金。

物理学的定义告诉我们,液体中的物质受到重力和浮力的控制而运动。当体积相等时,密度大的物质会拥有更大的质量,因而受到更强烈的地心引力,得以克服自己的浮力,向引力中心,也就是星球深处运动。与此相对应,当质量相等时,密度小的物质又会拥有更大的体积,受到的浮力更大,于是就倾向于浮到岩浆海的表面。

正是这两种力的作用,最终给整个星球带来了宏观的演化趋势:铂、金、铁等重的物质越来越富集于地球深处,轻的物质则越来越富集于地球表层,久而久之,地球的岩浆海里出现了分层。当温度逐渐冷却,物质开始结晶的时候,就把这种分层的特征凝固成了星球的圈层结构。

正是这种圈层结构的形成,把宝贵的黄金牢牢地封存在地球深处,成为人类既不可望、也不可及的巨额宝藏。

这就是地球本身固有黄金的来源与去向,而这些黄金与我们现在手里的黄金没有一丁点儿关系。

地表黄金天上来

好奇的你一定会问,既然形成于地球初期的黄金都深潜入地球内部了,那今天散布在地表的黄金又是从哪里来的,难道是从天上掉下来的吗?

恭喜你,答对了!人类已经获得的,与即将获得的全部黄金,的确都是从天上掉下来的。而坠地的小行星就是我们的“黄金天使”。随着行星分异逐渐完成,地球岩浆海逐渐冷却,表层逐渐凝固成岩石圈,坠落的小行星所携带的一切物质,包括黄金等贵重金属就自然留在地表了。

在42亿~38亿年前,也就是冥古宙后期,已经凝固成型,脱颖而出的地球,遭受了小天体的又一轮密集轰炸。天文学家研究认为,这是因为以木星为首的巨行星在此时间段调整了位置,从原有的轨道上飞了出去。木星是太阳系最大的行星,体积能够达到地球的1300多倍,质量是地球的318倍。木星突然调整轨道带来的动静自然非同小可,它将阻挡其行进的大小天体一扫而光。这些进入太阳系内呼啸而来的小天体对于地球来说无异于祸从天降,地球就像突然遭受到了轰炸机的饱和式轰炸一样。这个发生在冥古宙后期的密集陨击事件,在天文学上被称为“后期重轰炸”。

值得一提的是,本次天文事件不仅给我们带来了黄金,而且还带来了生命起源的重要保障——水。所以说,地球上的黄金和水都是从天而降的。而就智慧生命的起源演化来说,水的重要意义远超过黄金。

与深藏地球内部的黄金相比,地表的黄金少得几乎可以忽略不计了。科学家推算后认为,地球内部的黄金储量约为1500万亿吨。这么多的金子,铺在地上是个什么状态呢?能够给整个地球穿上一件近半米厚的“黄金甲”!

假如我们有幸看到那一天:地球上黄金泛滥,到处金光闪闪,每天出门我们都会被一地的金子绊倒几次。那么那时黄金的价值必然发生逆转,而价值大逆转了的黄金,又会给人类文明带来怎样的影响呢?

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