看花岗岩如何穿越人类历史长河

据日本媒体2020年3月3日报道,有传言称使用花岗岩泡澡,其中的矿物质能有效预防新冠肺炎。随后在日本的交易网站上,花岗岩售价飙升,并且迅速被抢购一空,一小块花岗岩的售价甚至超过300元人民币。然而,花岗岩真有这等奇效吗?

答案是否定的。从主量元素看,花岗岩中含量最高的元素是硅和铝,花岗岩的主要化学成分为二氧化硅。没有任何科学证据表明花岗岩对新冠肺炎病毒有抑制作用。少数花岗岩含有放射性元素氡,其衰变生成的α粒子会破坏机体组织和遗传物质,想要以此来达到消灭病毒的目的却得不偿失。因为电离辐射不会区分病毒和人类,所以这招可谓伤敌一千,自损八百。好在这回没有多少日本人上当受骗。

你也许会好奇:花岗岩究竟是什么?花岗岩属于地质学三大岩(岩浆岩、沉积岩、变质岩)中的岩浆岩,而且是岩浆岩中分布最广的一种岩石。其主要组成矿物有石英、长石和云母。花岗岩具有强度高(单轴抗压强度可达100兆帕以上)、孔隙率低、硬度高(莫氏硬度6~7)、耐磨性好(有较强抗风化性能)等特点。花岗岩由于其组成矿物比例不同,呈现出的颜色也千差万别,既有黑云母和石英的黑白麻点组合,又有肉红色钾长石与深色角闪石的黑红组合。

在普通人眼中花岗岩不过是随处可见的普通石头。但就算作为最普通的石头,花岗岩也见证并记录了人类历史。下面,我们一起来看看花岗岩在人类历史长河中的漂流之旅。

石器时代(250万年~5500年前)

让我们把时间拉回到250万年前的一个下午,非洲德拉肯斯山脉某一处陡立的山脚下。长时间的风化侵蚀导致山体崩塌,大量磨圆度极差的花岗岩碎石块从山体上掉落,堆积在山脚下,其中不乏一些因剪切破坏而具有刀锋般锋利边缘的碎块。

坚硬耐磨的花岗岩石器帮助早期人类分割猎物(想象图)。

在这片土地上,生活着一群非洲南方古猿(人类祖先物种之一)。一天,头领正带领雄性南方古猿追猎非洲野兔。途经这片崩塌区时。头领不慎一脚踩空,摔倒在碎石堆上。锋利的碎石边缘瞬间割破了他腿上的皮肤。头领好奇地捡起这块锋利的碎石,尝试着在左臂划了一下,瞬间的剧痛和随之而来的恐惧让他愤怒地扔掉了石头。这一天是个值得纪念的日子。因为人类的祖先认识到锋利的石头是可以割裂肌肤的。

沧海桑田,时光流转。到了50万年前,今天的北京周口店地区在当时气候温暖湿润,广袤的森林和遼阔的流域让一些亚洲直立人在此定居,他们被后人命名为北京猿人。一天,一个年轻的北京猿人在河边捡到两块称手的岩石碎块。他开始熟练地使用砸击法制作锋利的石器,打算把它们用于下午的捕猎。与此同时,他心里想:有了这两件石器,分割猎物肉的工作也能完成得更轻松。在此阶段,人类已经能初步加工各种石器,用于日常捕猎和生活。

考古发掘现场出土的花岗岩石斧

农业时代(公元前3500年~1760年)

人类祖先学会制作和使用工具后,人类文明前进的车轮越滚越快。进入农业时代后,人类只用了数千年就在冶炼、农业、纺织业等领域达到了相当高的成就。在此期间人类创造了一系列工艺复杂、种类繁多的石器制品,甚至是一些大型石制建筑

金字塔 公元前2570年,埃及第四王朝的法老胡夫举全国之力为自己修建陵墓——胡夫金字塔。胡夫金字塔最初高度146.6米(后因风化剥落,顶端损失了约10米),每条底边长230米。修建胡夫金字塔总共用了230万块花岗岩和石灰岩,每块石头平均重2.5吨。胡夫金字塔是世界上目前存在的最大金字塔,被誉为“世界第七大奇迹”。花岗岩优秀的力学性质一定程度上保障了胡夫金字塔结构的稳定,同时花岗岩的抗风化能力也有助于金字塔完整地保存下来。

胡夫金字塔内部有三个墓室,分别是国王室、王后室以及一间小地下室。其中国王室内的加固由数根重达50吨的花岗岩石梁承担,墓室中心是一座巨大的红色花岗岩石棺。古埃及人用硬度很高的花岗岩保存法老遗体,选用红色花岗岩是因为红色是太阳的颜色。而古埃及人崇尚太阳。

以花岗岩建造的金字塔完整保存到了今天。

质地坚硬的花岗岩有利于金字塔的保存,但也给加工、切割带来了很大困难。有科学家推测,古埃及人在建造胡夫金字塔时使用了无锯齿的铜锯,辅以石英砂粉末。铜锯带动石英颗粒在岩石上来回摩擦,即可切出光滑平面。据估算,按照这种工艺,仅仅国王室内的花岗岩石棺就需要整整4个月才能加工完成。

花岗岩制成的石磨。

石磨 公元前480年(春秋战国时期),被誉为土木工匠鼻祖的鲁班发明了许多用于军事、农业的手工制品,其中就包括石磨。在石磨出现之前。加工粮食的主要方法是将谷物放入石臼里用杵来舂捣。石磨的发明大大提高了加工效率,降低了劳动强度。据《世本》记载,鲁班开创性地将两块石头上下堆叠在一起,称之为磨。后来,人们便用磨将米、麦研成粉。

中国传统石磨多为麻石磨,麻石也就是花岗岩。之所以选用花岗岩,是因为花岗岩中的颗粒矿物如石英、长石常呈不规则颗粒状生成,所以两块花岗岩的旋转摩擦具有较强的研磨性。

泉州开元寺双塔 865年和916年,泉州开元寺东、西双塔分别开始动工建造。起初两座塔都是木制塔,后在1227年被改建为砖塔。1238年又再度被改建为石塔,才形成了我们今天看到的样子。开元寺双塔高48.24米,塔基刻有浮雕30余幅,雕工精细,神态生动,堪称我国石构建筑的瑰宝。

开元寺东塔上的石雕至今依然清晰可见。

泉州邻海,开元寺所在位置距离湄洲湾直线距离不到70千米。潮湿的海风对建筑有很强的风化作用。石塔上的浮雕历经数百年风雨飘摇还能惟妙惟肖地呈现,与选用花岗岩作为塔身材质是分不开的。花岗岩优秀的抗风化能力,是我国古代劳动人民伟大创造精神传承的保证。

工业时代(1760年~1970年)

铁轨铺设 相比石器时代和农业时代,在近现代的两百年间,人类发明创造的能力不断增强,詹姆斯·瓦特所发明的蒸汽机更是吹响了工业技术大跨步向前的号角。这一时期,花岗岩也被赋予了新用途,例如用于铺设铁轨。

作为工业时代最具标志性的产物,火车让人类的运输能力跨上了一个新台阶。在古代中国唯有紧急战报才能使用的“八百里加急”需要许多匹良马和信使日夜不停接力传递,即便这样战报从前线传回朝廷也需要两天时间。而现在,寻常百姓买上一张普快火车票,日行400千米(八百里)只需数小时。若是乘坐高铁,400千米的行程一个多小时就跑完了。要保证火车的安全、平稳运行,轨道的铺设工作很重要。轨道系统主要由两条平行钢轨、用于固定的轨枕,以及轨枕下的道砟组成。道砟其实就是散碎的花岗岩石块。

用花岗岩做道砟主要出于三方面考虑:其一,碎花岗岩可将火车通过轨枕时的压力均匀传向路基,延长路基的整体使用寿命;其二,火车在铁轨上行驶会让铁轨产生小幅度弯曲,石块之间的位移可降低对铁轨造成塑性破坏;其三,与混凝土相比,花岗岩的成本可低多了。

碎花岗岩被用作道砟。

信息时代(1970年至今)

装饰建材 进入信息时代,大量新材料陆续诞生,承担了许多花岗岩原本的职责。今天,花岗岩最广泛的应用莫过于普通的装饰建材。在城市里放眼望去,花岗岩随处可见。但花岗岩是个大家族,地质科学家根据花岗岩中石英、碱性长石和斜长石含量的不同,利用三角图将花岗岩划分为不同的类别。

因为不同花岗岩中的矿物组分也不尽相同(如黑云母、肉红色的钾长石和烟灰色的石英等),所以不同花岗岩的色泽条纹也不同。今天,路基、墙面和地面板材等产品大量使用花岗岩作为原料,中国科学院地质与地球物理研究所大门口的门牌石就是由整块花岗岩制成的。

花岗岩在地质科研领域发挥着重要作用:单/三轴抗压、巴西劈裂、渗流实验、弹性模量、泊松比的求MrDUXx2QKJfXmi507RK2eOVZNdEAwPD98ush17DKqYI=取……没有无数个标准花岗岩柱状岩芯是完不成的。在地球化学领域,主/微量元素测定、电子探针、分选锆石进行铀-铅定年也都离不开花岗岩。在地质专业的学生间流传着这么一句话:“要想毕业早,岩石得玩好。”

颜色多样的花岗岩饰面板样品。

想象时代(未来)

流浪地球 2100年以后,人类的科技进展到何种地步,这里无法详述,但刘慈欣的小说《流浪地球》或许可以提供一些视野。在这部小说中,太阳演变为红矮星,不再释放那么强烈的光和热。那时的人类建造了1万座行星发动机来推动地球离开太阳系。行星发动机的能量来源就是花岗岩、玄武岩等石头——利用石头中的重元素进行核聚变反应,反应所釋放的能量推动行星发动机的运转,由此推动地球在太空中移动。

虽说按照现有恒星模型推算,太阳还能“燃烧”50亿年,但我们也应该展望一下未来,做些技术储备。也许真的有一天,我们需要乘坐地球去太空流浪呢?

电影《流浪地球》中推动地球的行星发动机

版权声明:三分钟阅读 发表于 2021年10月31日 下午10:22。
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