沙子有多珍貴？

段景頤

從一粒沙中看人類(lèi)對(duì)自然的影響

沙子可以告訴我們?cè)S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(guó)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(mén)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(chóng)門(mén)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(guò)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(guó)地質(zhì)學(xué)家麥凱根和伯納德對(duì)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(lái)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(lái)自薩克拉門(mén)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(shuō)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(duì)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(guò)的有孔蟲(chóng)門(mén)動(dòng)物和硅藻。這兩種小型海洋生物對(duì)生存環(huán)境十分挑剔，它們肯定是通過(guò)某個(gè)通道來(lái)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(chǎng)和游樂(lè)場(chǎng)，沙子出現(xiàn)在人類(lèi)活動(dòng)的大部分地區(qū)，一捧沙子就能反映出人類(lèi)對(duì)自然的影響。

商業(yè)采沙行業(yè)對(duì)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(gòu)物場(chǎng)所，以風(fēng)景如畫(huà)的白色沙灘和一年四季的陽(yáng)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(guò)200平方千米。創(chuàng)造如此巨大面積的人工島需要數(shù)以?xún)|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(kāi)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(mǎn)。隨后疏浚管將沙子抽取出來(lái)，將沙子噴灑在人造島海域。據(jù)聯(lián)合國(guó)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(guó)環(huán)境規(guī)劃署指出：人類(lèi)對(duì)沙子的開(kāi)采速度已大大超出它的再生速度。全世界2/3的海岸線(xiàn)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(chǎng)比賽，地點(diǎn)被選定在安大略湖的一個(gè)停車(chē)場(chǎng)。雖然在停車(chē)場(chǎng)周?chē)陀幸粋€(gè)寬闊的海灘，但因?yàn)閲?guó)際排聯(lián)對(duì)比賽場(chǎng)地的沙子有嚴(yán)格要求，主辦方還是租賃了35輛運(yùn)輸車(chē)輛，從2小時(shí)車(chē)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(duì)排球比賽來(lái)說(shuō)過(guò)于堅(jiān)硬，很容易讓球員受傷，過(guò)淺的顏色也不適合電視轉(zhuǎn)播。一般來(lái)說(shuō)，能夠符合國(guó)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(lái)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(duì)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(guò)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(yáng)公園沙灘排球場(chǎng)的1.7萬(wàn)噸比賽標(biāo)準(zhǔn)用沙得到了各國(guó)參賽選手們的一致好評(píng)。

在建筑界，沙子被稱(chēng)為“集料”，也被稱(chēng)為“骨料”，是世界上僅次于水的第二大開(kāi)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纳匙拥某煞帧⒘讲灰?。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(lái)說(shuō)，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(yè)巖氣開(kāi)采行業(yè)對(duì)沙子的需求量同樣很大：在頁(yè)巖油氣開(kāi)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(shì)。截至2015年末，美國(guó)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(zhǎng)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(guò)圓，不適合作為集料。2014年，聯(lián)合國(guó)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(kāi)采正以指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，自然界沙子的生成速度很難再繼續(xù)滿(mǎn)足人類(lèi)需求。在牙買(mǎi)加和哥倫比亞等國(guó)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(chǎng)。

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(lái)水廠(chǎng)、排污系統(tǒng)和泳池也需要用到包含沙子的過(guò)濾系統(tǒng)。牙膏中的硅磨料的原材料也是沙子。在頁(yè)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(kāi)的巖石構(gòu)造中，讓裂縫保持開(kāi)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(chē)頭為了能夠在光滑的鋼軌上獲得足夠的制動(dòng)力，在剎車(chē)時(shí)需要向車(chē)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(chēng)水刀的“水射流切割技術(shù)”。從噴嘴高速?lài)姵龅乃髦袚饺氲那懈钅チ鲜潜环Q(chēng)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(guò)石榴石沙子，但是磨料太過(guò)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(yáng)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(kāi)沙子。全世界沙進(jìn)口量最大的國(guó)家是新加坡，除建筑用沙外，新加坡每年從柬埔寨等國(guó)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(guó)分別排名第二和第三，日韓每年需要從外國(guó)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(kāi)采多少年？目前針對(duì)沙子資源的研究過(guò)于分散，研究領(lǐng)域呈現(xiàn)碎片化，尚未達(dá)到國(guó)際合作和交流的程度，所以我們對(duì)全球沙資源的現(xiàn)狀沒(méi)有完整的概念。沙子的形成需要很長(zhǎng)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(wú)沙可用的窘境。