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世界科技全景百卷书: 全球矿产资源
地球上的矿产资源 地球给我们人类提供了它所蕴藏着的种类繁多的矿产资源，人类正是依赖于这些大自然的赐予才能在地球上休养生息。 狭义而言，矿产资源是指开发自然界的矿藏所直接获得的产品，它专指有经济价值或工业价值的矿产和岩石，主要呈固态，少数呈液态和气态。从这个意义上说，矿产资源是指天然矿产，而不包括利用大然原料所生产出来的“人造矿产”。这些资源是在地壳元素运动过程中，由地质作用所形成的天然单质和化合物，它们具有相对固定的化学成分。其中，单质是由一种元素组成的，如自然金、自然银、金刚石、石墨等，这一类矿物在地壳里分布稀少；化合物是由两种或两种以上的元素组成，如石英、长石、黄铁矿、黄铜矿、黑钨矿等，这一类矿物在地壳里分布广泛。而岩石则是在一定的地质作用下由一种或多种矿物按一定比例或规律组成的天然矿物集合体，依其形成原因可以分为火成岩、沉积岩和变质岩3类。这就是说，矿物是由元素组成的，岩石是由矿物组成的，“元素组成矿物，矿物组成岩石”，这是地质学家对元素、矿物、岩石3者之间的密切关系的科学说明。 人们在日常生活中，经常可以听到铁矿，铜矿、金矿、银矿、石墨、大理石等说法，其实这都是一些矿种名称。当今世界上已发现的独立矿种达200种，从大的方面可以分为金属矿产、非金属矿产、能源和水资源4大类。 地球上一切矿产的形成和分布都有它自身的内在规律，既不是处处都有矿，更不是任何人随时随地都可以找到矿。矿产只生存在它自己的“家”里，即“矿藏”，开发矿业的人们找寻、勘探和开采的基本对象都是矿藏。 矿藏是在一定的自然环境或地质作用下形成的，它是可以开采利用的有用矿产堆积体或富集体。自然界中的元素及其化合物在漫长的地球历史进程中，是在不断地运动着的，其中表现突出的有分化作用和富集作用。如果某些元素及其化合物富集的程度超过它们在地壳里的平均含量，就可以说矿藏形成了。矿藏是多种多样的，它们的形成过程也是复杂的。 矿产资源的现状 矿产资源是人类进行现代化生产和提高生活水平的重要物质基础，随着科学技术的发展，人类对各种矿产资源的需要量将不断增长。 自从第二次世界大战以来，全世界各种矿产资源的开采量和消费量平均每年以5％左右的速度增长，每隔15年就要翻一番。从20世纪60年代以来，矿产资源的消费量增长更快。据统计，从1961～1980年的20年间，全世界共采出铁矿石150亿吨，采出煤炭600亿吨，分别占在此之前的100年中，人类从地壳内采出铁矿石和煤炭的50％和60％。 人类为了满足各种需求，在古代只需要18种化学元素，到17世纪增加到25种，19世纪为47种，至20世纪中期，人类就需要80种元素了。如今，全世界每年要从地下采出各种矿产约几千亿吨。我们在绘制大多数金属资源的消费量与时间的关系曲线时，这个曲线差不多都成了直线，而且接近于垂直线。 由于全世界的地质勘探工作规模不断扩大，各国用于勘探的人力和物力不断增加，地质勘探的科研水平有了根本改变。所以，人类虽然已从地壳中采出了数量极大的矿产资源，但一些最重要的矿产资源的勘探储量都在不断增加。不过，在地球的一定深度内，矿产资源的埋藏量毕竟有限，而且全世界各地的分布状况又很不均衡，矿产资源的供需矛盾正日趋严重。 世界矿产资源的地理分布很不均衡，少数工业发达国家消费的矿产原料很大，但本国的资源却有限。例如，美国、日本、德国、英国和法国这5个工业发达国家，它们所需要的各种矿产原料约占全世界所需资源的80％，但没有一个能完全保证满足自己对矿产资源的需要。据统计，全世界已知矿藏储量的地理分布为：西方工业化国家占 44％；东方国家占23％；第三世界国家占33％。 一般而言，美国的矿产资源还是比较丰富的，但美国消费量很大。虽然它的人口只占世界总人口的 6％左右，但所消耗的原料和能源却占世界总耗量的1／3，有许多重要原料要依赖进口。 由于很多矿产资源的地理分布不均衡，尤其是一些重要有色金属资源集中在少数国家和地区，所以保证正常供应和贸易关系便成为各个国家极为关心的问题，也往往因此而引起国际局势动荡不定。许多国家对4类25种所谓的战略矿产品尤为关注，这就是贵金属（金、银、钯、铂）；铁和铁合金（铬、铁、锰、钼、镍、钒、钨）；非铁金属和稀有金属 （铅、铝、铍、锗、镉、铜、镁、钽、钛、锌、锆）；核燃料 （钍、铀）。这些金属对于一个国家的经济和尖端技术发展，对一系列新兴工业如高分子合成工业、原子能、电子、宇航、激光工业以及国防建设，具有举足轻重的作用。 并非取之不尽，用之不竭 人类空前的繁荣，使许多头脑清醒者担忧：地球上的矿产资源究竟能维持多久？这种担忧并非杞人忧天，因为沉睡地下的约200种矿产，绝大多数都是采完了事、不可再生的“非再生资源”，尤其是不能原地再生，如金、银、铜、铁、锡、煤炭、石油、天然气等。 随着人口的剧增、生产的发展，出露地表或埋藏于地壳浅层的矿产资源已日益减少。因此，人们常说的“地大物博，矿产丰富”这句话是有时间性的，随着岁月推移，地质历史上形成的各种矿产资源也有开采尽的一天，至于这一天什么时候到来，要看矿产资源和社会发展的具体情况而定。例如日本，它早就是世界上矿产资源极为缺乏的国家之一，有些矿产早已成为缺门，其工业发展所需要的矿源大部分依赖进口。不过，这种进口也是有限度的，地球上不会存在永远的矿产资源出口国，因此依赖进口矿也不一定靠得住。 人们有时也以种种理由来论证自然界的矿产资源是“取之不尽，用之不竭”的。如有人说，随着科学技术的不断发展，会有新的矿产资源发现。的确，在人类历史长河中，新的矿种和矿产资源曾是陆续发现的，今后还会如此。但“新”的矿种或矿产资源也有变旧之时，更何况它们也是“非再生资源”。加之地球本身是一个早已形成的星球，虽然它时刻都在同其他天体进行物质变换，但它本身的基本物质组成却是固定不变的。无论是老矿种还是新矿种，只要它们是非再生资源，总有采完用尽的时候。也有人说，自然界的成矿作用至今仍在进行，在许多新的矿藏正在形成。这种说法有一定道理，但一个矿藏的形成所需的时间是漫长的，少则几千年至几万年，多则十几万年至几十万年，这对当今人类文明事业的发展来说，恐怕是等不及的。特别应该注意的是，今天人类生产的发展对矿产资源消耗的速度已经大大超过自然界新矿形成和增加的速度，当地质历史上形成的矿产消耗殆尽之时，即使有新矿藏补充，恐怕也只是杯水车薪。 气候是“工艺师” 我们人类赖以生存的只有一个星球，这就是地球。地球上有丰富多彩的生物和人类高度的文明，使它成为当代人类所知道的最美丽的星球。 当问到美丽的地球是谁塑造的？科学告诉我们，这个最伟大的“工艺师”是气候。 地球气候的一个最突出的特点是适于生物与人类生长。这里的气候在大多数地区都有一个0℃～40℃的生长季节。在这一温度范围内，水成液态，作为最好的媒介，能携带大量养分进入生物体各器官组织，又把它们的无用废物带出体外。这种完善的新陈代谢活动，只有在地球气候条件下才能进行。只要看一看太阳系的其他行星的高达数百度的高温和低到零下百多度的低温，我们不能不叹服地球得天独厚的气候。 气候是塑造地球的优秀工艺师。它不仅给生物界和人类准备了适宜生存与发展的气候条件，而且制造了肥沃的土壤。其工艺是十分全面和完善的。 土壤是由两个循环过程形成的。一个是地质大循环，另一个是生物小循环。可以说前一过程造成坯胎，后一过程精细加工。两个循环中气候都起着 “工艺师”的作用。 地球的陆地原来主要是由地下岩浆喷流到地面后冷却的岩石。岩石有几个特点：一个特点在于它由各种膨胀系数不同的矿物质所组成；另一特点是岩石为热的不良导体。利用岩石部分的不同物质和距表层深浅不同，在受热和冷却时热胀冷缩的程度有别，使岩石裂开，以致形成碎粒。在这方面作用最大的是温度的日变化。在干燥热带沙漠地表昼夜温差可达40℃～60℃，高山与高原裸露的岩石昼夜温差也可达40℃以上。当你在干旱地区过夜，在夜深人静与气温下降的时候，就可听到岩石的爆裂。这种作用叫作风化。 岩石经风化后，封闭在其内部的各种养料元素便释放出来。钙与镁等化合物便会转变为可溶性的酸式碳酸盐，成为土壤中养分及海水中各种盐类的来源。 温度在中高纬度的巨大年变化也是气候对岩石碎裂的一个重要加工因素。如果水进入了岩石裂缝，作用将更为剧烈。高温可使水膨胀，甚至汽化。低温下石缝中的水分结成了冰，随着温度下降而体积不断胀大。石缝中进了水正像劈柴时在裂缝中加进楔子一样，将岩石裂开就更为容易了。 因此，地质大循环基本上是物理过程，也只是粗加工。只有经过生物小循环，进行了精加工，“精品”（肥沃的土壤）才会最后造出来。 生物小循环是生物现象在适宜的条件下出现于地球面后才逐渐发展起来的，其中植物的生长起了十分重要的作用。植物的根系吸收岩石中释放出来的可溶性养料，又借光合作用吸收二氧化碳，形成有机质。动物以植物的有机质作为食料。动物和植物在其新陈代谢过程中和死后受到微生物的分解，把大量有机质留在土壤内，使土壤的成分和结构都发生重大变化，最后形成了肥沃的土壤。 生物小循环也受着气候的各种影响。只有在植物能够生长的气候条件较优越的地区，肥沃的土壤才能逐渐形成。在沙漠里和高山上，植物无法生长，因为那里没有肥沃的土壤。 因此，地球上丰富多彩的生物世界，包括它赖以生长的土壤在内，都是气候在亿万年中逐渐精雕细琢而成的。此外，气候还给地球塑造出多层次的绚丽风光，美不胜收。 高纬度地区的冰雪，石灰岩区的溶洞，风蚀所造成的雅丹地形，以及天上的云彩、雷电等构成了地球的天然胜景。 各种植物和动物随着气候而异，形成各具特色的生物世界。各种树林、草原与荒漠，使美丽的地球更显得生机勃勃，增添了无限的生气。 在人类文化的发展中，增加了大量文化遗迹、精美建筑，使地球各地的自然风光有了人文风光相村托。应当看到，人类文化的发展也同气候密切相关。在优良的气候条件下产生了人类，人类为适应气候而进行生产与建设。因此，所有的人类建设，如爱斯基摩人的雪屋、西双版纳的竹楼、成都平原的都江堰等，都反映了当地气候的特色，这是“工艺师”借助于人类的手，扩大它对地球的加工。 还应提到的是，人类虽美化了地球，但却也在破坏着地球。人类无限地利用土地，破坏着丰富多彩的生物世界；人类将大量烟雾排入大气，污染明亮的天空，改变着大气中的物理过程与化学过程。这些严重的破坏，都是在人类尚未认识到地球气候的珍贵和不了解它在塑造地球过程中的工艺师的作用的情况下发生的。现在人类已经开始认识这一问题的严重性，气候已成为全球关心的一个科学问题、社会问题。 尽管涉及的问题极为复杂，气候最后必将为人类所认识。我们不但还要继续让气候充分发挥“工艺师”塑造地球的作用，还将会提出完美的设计，以指导这一工艺的实施，或根据其原理而加以强化和辅助，以便把我们居住地地球塑造得更美丽、更舒适和更富裕。 |
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