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金属矿床成因思想发展简史Ⅰ-理想时分 精选

已有 3748 次阅读 2021-3-4 08:56 |系统分类:科普集锦

人类文明之初,就懂得使用金属制作工具或工艺品,以改善和装饰生活,借助于神话与传说,他们杜撰了许多引人入胜的寻找宝藏的故事来吸引世人的目光与好奇心,伊阿宋与金羊毛的故事长期回旋于人类的记忆中,不时拨动蠢蠢欲动的心弦。为了获得更多的宝藏,人类总结了许多卓有成效的规律并开始慢慢思考这些金属的具体成因,无疑崇尚科学,追求知识的希腊先贤走在了世界前列,他们多通过冥思苦想,逻辑推理来演绎金属曾经的前世今生。经过千余年的漫长黑夜,终于迎来了文艺复兴时代,在采矿过程中,通过实地观察,积累了丰富的资料,构建了摇曳多姿的理论,有些更是成为现代金属矿床成因思想的萌芽。时至今日,科学发展日新月异,人类将探索的足迹伸向深空、深地与深海,但即便如此,金属矿床成因离完全解决还相差甚远。如果一首歌不像是新的,也永远不会变老,那就是民谣。如果一种理论看起来正确,你难以发现确凿的证据;看起来不正确,你又找不到明显的瑕疵,那就是矿床成因理论。让我们飞向遥远的过去,回看金属矿床成因思想发展进程,感受那段色彩缤纷、荒诞不稽又无比真诚的燃情岁月。

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伊阿宋与金羊毛的故事(来自网络)

理想时分

当地质还处于萌芽阶段,当科学还处于混沌时期,人类思想无拘无束,天马行空,挥毫泼墨,肆意而思,那是人类最初的梦想,纵有些许乖张与谬妄,也有几丝纯真与虔诚,恰如雾中观花,云中望月,花丛中瞅裙钗。即使到了近代,科学普遍落地生根,一些旧有观点仍根深蒂固,一些新奇思想不时锋芒展露。

天外光 古希腊哲学家把世间万物的成因归结为水、火、土、气“四元素”的相互作用,其中尤以“逍遥派”创始人亚里士多德最为突出。亚里士多德指出:当太阳光线穿透地球表面进入地下时,遇到土就会形成岩石;在某些特定区域,土与水以适当比例调和,借助光线作用,就会形成金属或金属矿石。由于金属是土与水的“联姻”产物,所以金属“继承”了水的某些“基因”,如流动性、延展性等等,随时光流逝,逐渐茁壮成长为更大的矿体。他的这种关于金属和金属矿石天体成因的猜测,直到中世纪一直居于统治地位,甚至在17世纪后还有影响。

炼金术士相信并发展了这种观点,不再简单地认为是太阳左右了一切金属的形成,而是每一颗恒星特定的光芒对应特定的金属。具体来说,太阳产生了金,月亮产生了银,水星产生了汞,金星产生了铜,火星产生了铁,木星产生了锡,土星产生了铅。根据这种认识,人们得出结论,人世间最完美的金属—黄金在赤道及其附近更容易被发现,而极地寒冷地区寻找这种金属多属徒劳。这种观点在具体国际事务处理中都产生了实际效用,例如17901028日,西班牙与英国签署了协议,放弃了加利福尼亚湾以北地区的主权诉求,部分原因就是这片广袤无垠的处女地不利于寻找黄金。

地内火 另一位古希腊伟大的哲学家,亚里士多德的老师柏拉图认为在地球的中心存在巨量的火焰,不断散发出金属气体,意大利埃特纳、维苏威火山的喷发就是这方面最好的证据。这团火焰是如何被点燃的又是如何维持的呢?一时争论纷起。一些人认为,既然地球是宇宙的中心,想当然地球的中心就是宇宙的中心的中心,太阳、月亮等星体发出的光线汇聚于地球的中心,如车辐共毂,成为宇宙中最热的地方,火焰随之产生。另一些人认为,当这些光线到达地球的中心时,会发生反射,导致光线在狭小的空间内碰撞摩擦,从而产生火焰。只要宇宙持续,升腾的火焰就不会熄灭。

现代矿床学“开山鼻祖”Georigius Agricola认为星光汇集在地心产生火焰的想法纯属异想天开,而实际上地心火焰是由存在于火山下的煤、硫、沥青燃烧形成的。这种观点很快被大众接受,即使到了19世纪早期,“水成论”代表维尔纳及其追随者还秉信坚持。

黄金树 金属常常在地下产出于大小规模不等的矿脉中,这使得人们突发奇想,也许地下存在一颗巨大的“黄金树”,根深植于地球中心,枝干是各种金属,果实是熟透掉落于河谷中的金块,营养则来自于深部含有各种金属的气体,这种荒诞不经的观念广泛存在于哲学家、炼金术士与矿工头脑中。

从炼金术到现代化学发展的重要人物,“燃素说”理论的提出者德国科学家Becher1635-1682)在一本有关金属自然知识的书籍中用一幅生动有趣的图画展现了“黄金树”的寓意。一缕阳光照射到地面上,树叶上闪烁着金、银、汞、铜、锡、铁六种金属元素,硫与盐则埋藏于树根下的土壤里。大树下一左一右站着两个人,右侧是一个年轻人,正用手依着铁锹休息。左侧站着一个衣衫褴褛、失去了左腿的老人,一手拄着拐杖,一手拿着水壶,水壶上雕刻的符号代表金属铅,正在聚精会神浇灌树木。这幅图画的寓意不言自明:当含有金属的水从地表渗入地下时,遇到以气体形势上升的硫与盐,在强烈阳光照射下,大树茁壮成长,生长出金属果实。

1750s,德国矿物学家与矿山负责人Johann Gottlob Lehmann对“黄金树”观点进行了简明陈述:矿脉仅仅是延伸入地球内部的一棵巨大树干上的枝叶,以蒸汽和蒸发的形式透过岩石裂隙向地面渗透,好似草木汁液沿维管上升循环。这种观点普遍受到矿工欢迎,甚至到20世纪上半叶还有些人坚信不疑,最主要的原因可能是它引人入胜的想象力。

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Becher的黄金树(来自网络)

金属种 佛教“三界”为欲界、色界、无色界,有些人认为自然中也存在“三界”,既动物界、植物界、矿物界,动物界为生命高端形式,植物界为低端形式,矿物界为原始形式。动植物通过“种子”繁衍生息,与之相似,金属、矿石等也应该通过“种子”生长,只是这些“种子”微小,肉眼不可见。“种子”与水接触,转化为“矿汁”,然后如植物般发芽生长。金属被赋予生长与繁殖能力思想可以追溯到古希腊时期,直到19世纪早期,这种想法还徘徊于不少人的头脑中。

近代化学奠基人Robert Boyle描述了一位著名炼金术士的实验,将一棵5磅的柳树种植于200磅的干燥土壤中,5年后,柳树长到了169磅,而土壤只少了2磅,增加的重量必然主要来自浇灌的水。意大利某矿山铁矿石挖出后10年,原地又充满了几乎同样多的铁矿石。某废弃的矿坑里,自然银呈树枝状生长于石头上,好像钻出土地的小草,周围没有矿脉,没有矿石。这些鲜活而生动的例子都坚定了金属与矿石有机生长的观点,与“黄金树”有异曲同工之妙。

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树枝状自然银(来自网络)

炼金术 人有层次之别,金属也有贵贱之分,所有的炼金术士都坚信:大自然也像人类一样总是追求更加美好的事物,贱金属都将最终嬗变为贵金属。例如铅将逐渐嬗变为银,银将逐渐嬗变为金,铅矿石中常常含有银,银矿石中常常含有金,都是不充分嬗变的结果。炼金术士存在的意义就是多快好省地加速这种嬗变,为此在实验室创造了比大自然更加优越的条件。虽然最终这些炼金术士徒增岁月而没有看到黄金的影子,但是他们的工作却并非毫无意义,促进了化学这门科学的发展,同时也将自己彻底扔进了坟墓。19世纪末20世纪初,人类发现许多元素具有放射性,通过放出射线而转变为另一种更为稳定的元素,似乎炼金术死而复生,再现人间。

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炼金术士与他的实验室(来自网络)




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