黄金是稀有的,同时也是美丽的。它质地致密,既不生锈也不易腐蚀。
黄金的稀有和美丽自不必多言,然而通过和铅作对比来表明它的密度是最具戏剧性的。
铅在地壳中的含量是金子的三千倍。正像黄灿灿的色泽使金子光彩夺目一样,铅所具有的“铅灰色”品它看上去暗淡无光。铅又是人们日常使用的很普通的金属,因此在任何方面都没有什么特别的价值。
然而,铅却是非常致密的,也许对古代原始人来说,铅是容易遇到的最致密的东西了,所以在俗话和谚语中,它往往成为密度的象征。
—个人的心情像铅一样沉重的时候,他的步伐也会像铅一样沉重。或者,当你困意绵绵的时候,眼皮就会像挂了铅锤一般。而当你遇到不幸的事情,怀里就像揣着铅块一样。
可是,如果我们把铅的密度当作“1”的话,金子的密度就是“1.7”。如果你有形状和大小完全相同的一块铅和一块金子,那么,比方说,这块铅重3公斤,黄金的重量就有5公斤。如果说“像铅一样沉重的心情”表达了人们的悲痛与不幸,那么想想看,要是心情像“金子一样沉重”,该是多大的悲伤和痛苦啊!不过,人们并不这样进行比喻。
我们在比喻中一提到金子,它所代表的就总是美丽和价值,而不是密度。在痛苦的时候,人们总是说,脚下像是灌满了铅一样,步履艰难,而形容快乐的时候,人们却说,一双“金”莲轻盈若飞,翩翩起舞。
金子之所以能够永存不变,是由于它与其它原子结合的倾向非常小。因此,它不易生锈,也不受水或其它物质的影响,甚至与大多数酸接触之后,仍能保持原样。金子的这种“目中无人”的孤傲态度,使人们把它叫做“贵族金属”,因为它高贵得不愿与身份较差的物质交往。用社会来比喻金属,像铅或铁这些不那么抗腐蚀的金属便成为“底层”的金属,这里的“底层”代表了低下的社会地位。
那么如今还有没有比金子更为高贵、更为稀有、更为致密而不易变化的金属呢?对古代人来讲,这种想法是非常可笑的,因为从漫长时间以来,金子一直被喻为完美无缺的东西(甚至连天国之路也找不到比金子更好的铺路砖了),想找比金子更贵重的东西,就好比痴人说梦一般。
然而现在,这种比金子还要高贵的金属的确存在,已是尽人皆知了。事实上,从古时候起,人们就已经发现和使用它了。早在公元前七世纪埃及人的金属制品中,就曾经发现过它。而在哥伦布发现美洲之前,某些印加人的金属制品就是用金和这种金属的合金制造的。
欧洲人在科学著作中专门提到它是在1557年。那时,一位意大利品学者Julius Ceasar Scaliger(1484~1558)提到了在中美发现的一种金属,无论怎样加热都不能熔化它。
这里马上出现了一个超过金子的指标。就古人所知的金属而言,水银的熔点非常低,锡和铅的熔点只能说是中等的;其余四种金属的熔点分别为,银961°C,金1063°C,铜1083°C,而铁竟达到1535°C。
有人可能会想,如果金子果真高贵的话,它应该像不怕空气和水那样,能够抗御火的威力而不被熔化。可是事实上,铜虽比金子,低下,它的熔点却稍高于金子,而铁比金子要低贱得多,熔点却大大高于金子,这的确有点令人困惑(据我看来,这可以说是上天有意让又硬又坚韧的铁来制造武器,而高贵的金子是不屑于做这种实利主义的事情的)。
显然,这种新的金属一定比铁的熔点更高。
首先研究了这种金属,并且对它进行了详细描述的是一位英国的冶金学家Charleswood和一位西班牙数学家Antonio de Ulloa(1716~1795)。十八世纪四十年代,他们两人研究的样品都是取自于南美。在取得这种新金属的地方,人们把它当作哥伦比亚平托河沙子中的天然金块。由于这种金属略带白色,当地的西班牙人便称它为“平托银”,按西班牙语说就是“Platina del Pinto”。
当然“平托银”并不是真正的银子。它比银要致密得多,而且熔点也高得多。甚至看起来也并不真的像银子。银子有一种明显的微黄色的光泽。使它带有淡淡的暖色,而其它的白色金属却不是这样。铝和铬可以说是白色而有光泽的,但它们看起来并不像银子,平托银也是这样。
后来,当英文中“um”成为金属通用的词尾后,它名字中的“平托”部分就被舍去,这种新的金属变成了“Platinum”(也就是销。译者注),在英文中,铂和银的名字如此不同,以至它们之间的联系也失去了。然而,在西班牙文中,银子是“Plata”,而铂是“Platino”。
铂被发现之后,化学家对它发生了浓厚的兴趣,但是并不能用它做什么有用的东西。因为,它要么保持原有的块状,要么只能通过非常困难的方法,把它溶解在一种氮和盐酸的混合液中,形成一种铂的化合物,从中沉淀出结构松散的铂金属绵来。
将近1800年,英国的一位化学家和物理学家William Hyde Wollaston(1766~1828)发现了一种方法,可以对铂绵进行加热加压,使它变得具有延展性,以便用它锤炼成小坩埚和其它的实验器皿。这种铂器皿的需要量是很大的,由于他对于生产过程严格保密,所以将近三十年都没有人能发现这种方法,他变得富起来。1828年,他在死前不久公布了这一方法。但几乎是在同时,俄国找到了一种甚至更好的方法。
虽然铂是首先从中美和南美获取的,但是第一座真正的铂矿却是在俄国的乌拉尔山脉发展起来的。1828年到1845年间,俄国人曾利用铂来制造硬币(甚至还有这样一个故事:在那个时代以前,一些俄国的伪造货币者偶然发现了一些铂,他们就用铂代替银来制造伪币,这是唯一的伪币比真币还要贵重的事例)。
为什么用铂制成的实验器皿得到如此高的需求呢?因为它比金子还不易发生反应,因此也比金子更为高贵。用铂制成的试验设备在与空气、水和化学药品接触之后仍能安然无恙。
更重要的是,铂的熔点达1773°C,甚至比铁还要高。这意味着铂器皿可以被加热到白热化程度而不被损坏。
同时,铂比金子更为致密。以铅的密度作为“1”,金子就是“1.7”,而铂则为“1.9”。
最后一点,它在地壳中的含量像金子一样稀少。
这样说来,如果铂比金子更不易反应,熔点更高,更致密,而且像金子一样稀少,那它是不是处处都比金子好呢?不,并不完全如此,我这里丢掉了一个金子所具有的特点,那就是美丽。无论是铂,还是以往发现过的任何金属都没有金子的那种暖黄色,而且没有什么东西能比金子更漂亮了。你可以称赞铂高贵、致密、熔点高,甚至比金还昂贵,但是它绝不是美丽的,决不会像金子那样得到人们的珍爱和向往。
铂并不是唯一的比金子更高贵的金属,它只是三种在性质上密切相关的金属之一。
1803年,一位名叫Smithson Tennant(1761~1815)的英国化学家注意到,当他在王水中溶解铂的时候,一种带有金属光泽的黑色粉末被剩下来。在他看来,这似乎是由于做实验用的铂不纯,含有少量其它金属的矿物质。
然而,铂是所有已知金属中最难起化学反应的,如果有一种或几种金属在王水中溶解得比铂还要慢,那么这些金属一定是迄今未知的。
Tennant仔细地研究了这些残渣,克服了许多困难,迫使它们成为溶解状态,然后使它们分为两种不同性质的馏分。其中之一形成具有一系列不同颜色的化合物。因此他把它取名叫铱(iridium),这在希腊语中是“彩虹”的意思。另一种是具有恶臭的氧化物(而且也是非常有毒的,但Tennant制作的剂量还不能致他于死),因此,他称它为“锇”(Osmium),也就是希腊语中的“臭味”。
在化学性质上,铱、锇和铂是如此相像,以至于地质演化过程也把它们抛向一处。
无论铂聚集在什么地方,那里也同时会有铱和锇。所以人们提取的总是一种三重合金。然而,铱和锇在地壳中的含量只有铂(或金)的五分之一,因此这种混合物总是以铂为主的。
事实上,铱和锇都可被列为地壳中最稀有的金属之中。
铱和锇甚至比铂更为贵重,更难于与其它化合物结合。实际上,铱是三者之中最贵重的金属。铱和锇比铂更为致密,把铅的密度当成1,铱便是1.98,而锇则为1.99。所以说,锇是已知的在正常状态下最为致密的物质。这两者又都具有比铂更高的熔点。铱为2454°C,锇为2700°C。但它们并不是最高纪录,金属钽和钨的熔点分别为3000°C和3400°C,后者是金属中熔点最高的。
说来也奇怪,地壳中看来是缺乏这三种“铂金属”的(铂金属这个定义包括了锇和铱),地壳中每含有五个金原子,就只有五个铂原子,一个铱原子和一个锇原子。
然而,据估计,在整个大自然中,每五个金原子就有80个铂原子,50个锇原子和40个铱原子。为什么会出现这种短缺呢?
地球上还有另外一些原子——氢、氨、氖、氮等等——它们与整个大自然中的总含量相比也是缺少的。这些并不成其为谜。因为它们本身都是容易挥发的元素或者形成容易挥发的化合物。地球的吸引力还不够强大,不足以牢固地把握住它们。
可是铂、铱和锇的元素或化合物都没有丝毫挥发性,那它们为什么会不见了呢?
说起来,地壳并不等于地球。地壳中的元素不仅向外层空间丢失,而且还丢失于地球内部。
正因为如此,虽然大自然中每10,000个硅原子就应有6,000个铁原子,可是在地壳中每10,000个硅原子却只有900个铁原子。这是因为85%的铁都跑到地球深处去了。那里有一个以铁为主的液态金属核。对于那些容易溶解于铁中而不易与地壳岩石混合的金属,地核中所包含的比例就比较高。看来,铂金属比金子更容易溶于铁中,因此只有少量的铂被留在地壳中了。
话分两头。我们下面要谈的话题,乍一看,似乎与铂金属毫无关系。但我们会看到,科学往往是出人意料的。
弄清楚在浅海湾上沉积物发生的速率以及沉积石形成的速度有多快,是有一定价值的。因为它能帮助我们确定化石的年龄,演变的速度以及考证世界不同地区地质演化的历史等等。
我们知道,今天在地球各处的沉积物的速率,因为我们可以直接测量它。问题是,这种速率是永远相同的呢?还是在地质史的不同时代有显著的快慢差别呢?
加利福尼亚大学的Walter Alvarez和几位同事一起研究出一种方法,据认为可用来测定古代沉积物的速率。结果这种技术并没有完成这个任务。但他们在测定意大利古比欧白垩纪的岩石时,却意想不到地交上了好运。换句话说,他们发现了比他们曾期望的更有价值的事实。
他们使用的是中子活化技术。对于某种能量的中子,一些特定的原子很容易俘获它们,而其它原子却无能为力。通过一种装置,他们把中子射向一薄片岩石。俘获了这些中子的原子将转变成另一种已知的放射性原子。这种放射性原子将以已知的速率衰变并放出特定类型的放射物。通过测定放射性衰减,这种特定的吸收中子的原子的数量就可以被测知。
由于我们可以非常精确的测量出放射性物质的辐射,所以这种中子活化技术能够迅速而容易地测出特定的某种微量原子。
为了检验这一技术的灵敏性,Alvarez安排了—个实验,他要测量岩石中极为稀少的化合物——铱的浓度。铱在那些岩石中的含量,粗略地说,是每1,000亿年一个原子。要想测出铱原子就好像在与地球人口一样多的25颗星球上找出指定的一个人来。
那当然是极其费劲的工作,但中子活化技术却能轻而易举地胜任。
虽然Alvarez和他的助手们确认这一技术不会解决他们想要解决的特殊问题,但他们却的的确确在岩石中一层狭窄的区域内遇到了比其它部分含量高25倍的铱。即使这样铱原子也还算不上多,你知道,每40亿年才合一个原子。
这是怎么回事呢?
可能是由于某种原因,在一个相对短的时期内,海洋里含铱量丰富(相对来说),它的沉淀比平时多;或者,海洋中含铱量正常,但由于某种原因,它的沉淀速度比平常快25倍,而其它原子(或者至少说是普通的)仍然以它们平时的速度沉淀。
看来,有选择性地进行快速沉淀是绝对不可能的。因此我们只能假设铱在海里的浓度反常。如果真是这样,它们是从哪儿来的呢?
会不会曾有某个邻近的超新星使降落在地球上的宇宙射线急剧增加,这些急骤增加的射线又会不会引起核反应并普遍增加了地球最外层铱的含量,而这一切恰恰发生在我们地质史上的一个特定时期呢?
果真是这样的话,还应该有其它的迹象。铱同,位素的比率也会不正常,因为很可能会产生特定的一种而不是另一种铱同位素(有两种稳定的铱同位素)。另外,还很可能会增加其它元素的数量,比如放射性同位素钚- 244和它的衰减物。Alvarez在这些方面做了某些快速实验,他的初步结论似乎是否定的。
这就减少了把超新星作为一种解释的可能性。
那么,会不会是宇宙外的物质被大量地带到地球上来了呢?这种东西的含铱量一定比地壳中丰富得多,因此才导致了暂时性的铱原子突增25倍。
这种宇宙物质显而易见的来源应该是陨星——一颗巨大的镍、铁陨星,它的化学结构与地心十分相似,因此含铱量比地壳中丰富。也许它正好撞入古比欧地区并留下了使含铱量增加的痕迹。
然而,一次灾难性的冲撞而不留下撞碎的岩石、反常的地层以及陨铁块等物理迹象是令人难以相信的。也许这种假设的欠缺可以设法消除,但我还是认为这种解释的可能性是很小的。
那么还能是什么呢?如果不是陨星,还有哪种东西能到达地球上来呢?
太阳物质有没有可能呢?假定在过去历史的某一阶段,太阳由于某种原因抖动一下,发生了一次轻微的爆炸。这种假定在不久以前看来还是最不可能的。但就在最近几年,对太阳的研究才使我们不再相信它是一个稳定、可靠的熔炉了。孟德最小值(Maunder minima)和丢失的中微子已经有点使我们担心了,现在我们多少要比十年前容易相信太阳的这种爆炸了。
这次轻微的爆炸对太阳来说可能算不了什么,不过是太阳整体的无足轻重的一点碎渣被炸散并飘入太空。其中有一些最终会到达地球,并穿过大气层和海洋进入沉积岩,在那^与本地的那些元素混合在一起。由于太阳物质的含铱量比地壳丰富,可能这就是富铱层存在的原因了。
这次爆炸发生之后,太阳又可能会平息下来,恢复原状,与先前看不出明显的不同。地球上的太阳物质最终将全部沉降下来,地球也一如往常。另外,短期内太阳物质的降落,并不会发生像陨星那样猛烈的撞击,它只是无声无息地向下飘落。如果不是由于铱的突增,我们可能永远不会知道呢!
可是,太阳的这种轻微爆炸必然使投射到地球上来的热量成倍增加。太阳物质的轻轻降落必定伴随着最炎酷的升温。按地质时间来说,这可能只是一瞬间,而对于地球上的生命说来却可能延续几天(或者几星期、几年)。
这样的一次爆炸将给地球上的生命带来一场浩劫——如果它曾发生的话。
那么,是否会有人说,看来并没有发生过这样的浩劫,因此这种爆炸也不可能发生过。
让我们首先了解一下,这次铱的突增是发生在什么时候。根据Alvarez的定时过程,它发生在七千万年前的白垩纪末期,而“大灭绝”也恰恰是发生在那一时期。
七千万年前,在一个相对短暂的时期内,所有巨大的两栖动物、菊石等等全部死去了。据估计,那时生活在地球上的所有物种的将近75%,都因为某种未知的原因而灭绝了。
我们也无法证实,剩余的25%是否未被伤害。也有可能,比如说,95%的动物都被杀死了,而那些繁殖速率较慢的比较大的物种,由于其数量大大减少而无法重振旗鼓,但那些多产的较小的物种,由于存活下来的绝对数量大一些而设法对付过来——仅仅是勉强存留下来。
这件事的重要性在于:
大约七千万年前,地球险些成为不毛之地,地球上的生命几乎一扫而光——这个结论是基于化石记录。
大约七千万年前,地球可能经历了一次太阳的意外事故,这次事故有可能会使地球成为荒原——这个结论是基于铱的突增。
这两个来源完全不同的证据的巧合是偶然的吗?
当然,Alvarez研究组的初步工作还很难有太大的把握。他们认为这种宇宙灾难的司能仅仅是推测而已。我本人将愿意看到地球上其它许多地方有关于七千万年前岩石的全面的分析。因为,依我看来,太阳的爆炸很可能会影响到整个地球表面,同时还应当引起铱以外的某些元素的增多。
也许,通过严密的调查将证明这种猜测完全是一场虚惊。果真如此的话,坦白地说,我将感到宽慰,这主要是因为,这样一次爆炸就像它曾经表明的那样,会带来一场恐怖性灾难,如果它曾经发生过,就有可能再次发生,而且也许是毫无预兆的。
[Fantasy & Science Fiction,1980年3月]