在中国古代西域地区出土过很多精美的玻璃制品,距今大约2000年,而世界上最古老的玻璃制品距今已有4000年之久。根据考古学家的说法,玻璃瓶是世界上保存最好的文物,它不会轻易被腐蚀。化学家们说,玻璃就是沙子的孪生姐妹,只要沙子还在地球上,玻璃就在地球上。
玻璃和沙子一样都是硅氧化物,拥有稳定的化学性质,那么玻璃瓶可否能在地球上存在200万年呢?200万年的时间足够沧海形成桑田,可能再来个小型灭绝。不过对于无机物的玻璃瓶来说,这仿佛就是一瞬间的事儿。
玻璃我们常见的玻璃瓶,主要是玻璃热加工而成的,工艺师在玻璃加热到800摄氏度以上软化后,将其吹成瓶子的模样,接着再进行捏改,这个时候的玻璃特别像一块滚烫的“橡皮”。许多人看玻璃晶莹剔透,以为它是晶体,其实玻璃并不是。
晶体的定义有三个关键,其一,晶体是纯净物,比如钻石,它就只有碳元素,但玻璃里面含有多种化合物,有二氧化硅、硅酸钠、硅酸钙等。其二,晶体都有固定的熔点,玻璃却没有。玻璃的熔点主要取决于它的成分,比如石英玻璃,它的熔点在1000度以上,但普通玻璃的熔点只有600度。其三,最重要的一点就是,晶体的结构必须长程有序排列,而玻璃的原子结构是混乱的,某些玻璃只是短程有序。
玻璃的原料是石英、沙粒等含有硅元素的矿物,加入碱性物质加热可以获得。人类发现玻璃是一个很偶然的机会。当时地中海的腓尼基人进行纯碱贸易,结果船搁浅,没办法只好将纯碱搬运到小船上转移。
由于缺乏物质,他们只能将大块大块的碱放在沙地上架锅煮饭。吃完饭后收拾局面,意外发现了纯碱与沙子的接触处出现了晶莹剔透的物体。以贸易闻名的腓尼基人很快就把这个现象变成了商品交易。因为实在是太赚钱了,腓尼基人将这个制作过程一直保密。
这些玻璃制品后来沿着丝绸之路来到了中国,因为太过于名贵仅在贵族间流行,普通百姓看不到。玻璃二字的汉字结构就表现其珍贵性,但凡汉字里带“王”字旁的,都有玉的意思,中国的古人将玻璃与玉联系起来,可见其价值连城。然而随着人类化学知识的发展,玻璃的生产变得越来越容易,也越来越不值钱,玻璃瓶也从贵族的装饰变成一般人装酱油的容器,甚至最后被拿给废品回收处。
我们经常可以在垃圾场看见废弃的玻璃瓶。人类的垃圾现在遍布地球各个角落,玻璃也不例外。科学家们说,像塑料这类物品,要过100多年才会被降解,那玻璃瓶更久了,降解时间大约需要200万年。
神奇的硅为何塑料100多年就能被降解而玻璃瓶却需要200万年的时间?这就得从二者的结构说起,塑料虽然在我们的印象里很坚韧,打不湿拧不干,但它归根结底是有机物,只要是有机物,就会被空气氧化,被自然界的微生物分解。
因为塑料是高分子有机物,这个过程比较缓慢。而玻璃瓶不一样,它是无机物,理论上无机物是可以永存的,比如地球上的岩石,有些年龄在40亿年以上。玻璃瓶的主要成分是硅,这是一种化学性质比较稳定的元素。
我们总是自称碳基生物,这是因为所有有机物都是以碳链为主体,加入了氢、氧、氮等元素。而硅和碳在化学元素周期表上是同一族,硅处在下一个周期,最外层电子数与碳元素相等,却比碳多了一层电子,这就让硅的化学性质与碳接近但比碳稳定。科学家们还表示,硅其实也可以构成生命体,被称为硅基生物,这很有可能是外星生物的模式。
硅也可以被氧化,形成的二氧化硅是沙子和石英的主要成分,性质比碳的氧化物稳定,不会轻易参与化学反应,会永远停留在地球上。化学上,只有氟化氢可以腐蚀二氧化硅,但氟化氢是人工合成的一种强酸,自然条件下几乎不存在,所以玻璃瓶在自然界几乎就没有能将其腐蚀的对手。
物理冲击没有物质能腐蚀玻璃瓶,不代表玻璃瓶在自然界就无敌了,虽然无法在化学上摧毁它,可是能对其进行物理“毁灭”,大自然的风和水就是它的最大克星。
在美国加利福尼亚州的布拉格堡,有一片五颜六色的沙滩,走进一看,是无数彩色的小球构成。这些小球不是自然中的岩石,而是人们丢弃的玻璃瓶。上个世纪50年代,这里被作为垃圾处理厂放置废弃玻璃瓶,然后处理厂*了,数以万计的玻璃瓶被遗忘在了那里,仅仅经过60年的时间,它们便被太平洋的海水打磨光滑,成为了圆形的球状。
科学家们表示,再过100年左右,这片花花绿绿的玻璃沙滩也会消失。因为海水和海风摩擦着玻璃的表面,久而久之将玻璃以微粒的形式刮下来,然后再被海水带到大海里面去,最后沉入海底。不要以为到了这一步玻璃在地球上的旅程就走完了,它还有另外的旅程要开启。
融入地壳落入海底的玻璃微粒,会成为海底的一部分,与河流带到的泥沙一起形成海洋的海底世界。但是每年流入海水的泥沙数以亿计,这么多年为什么没有把海洋填平呢?这是因为,地球上没有那个位置是永远不改变的,它时刻都处在运动中。
我们的地球分为地壳、地幔和地核,地壳的厚度其实只占很薄的一部分,平均厚度只有17千米,并且它也不是固定在地幔上的。地球的地幔厚度有2865千米,在上地幔有一个厚度大约200千米的软流层,温度在700至1300摄氏度之间,它们就是岩浆的主要发源地。而我们的地壳就和七巧板一样,分为六大板块,互相拼接在一起,漂浮在软流层上。
板块与板块之间并没有表面上看起来这么和谐,它们互相挤压或者互相远离,挤压的地方会有地壳消融,消失的部分融入了上地幔的软流层,而远离的地方就像伤口撕裂冒血一样,软流层从裂缝中流出来,形成了新地壳。
同一板块上也存在不同的结构,其中海底地壳会挤入陆地地壳的下方,消融成为陆地的一部分,抬高陆地的海拔。
我们的玻璃微粒,在这样的过程中,要么融入上地幔软流层,要么融入大陆地壳。融入软流层的微粒,会跟随它流动,到达地壳之下的任何地方,然后在一次火山喷发中回到地壳表面。融入大陆地壳的微粒,和其他微粒一起形成大陆岩石的一部分。总之,玻璃瓶的形状已经完全改变,但它的成分还在,只是被地球运动带去了各个角落。
而地球的运动,往往都是以百万年为单位计算,因此将一个玻璃瓶扔到自然界,如果扔到了海边,可能几百年的时间就被海水和风改变了原本的面貌,以微粒的形式存在。如果扔在了远离水和风的地方,比如被埋进了沙子里,那么可能200万年都不足以将其物理攻击成微粒。综上所述,玻璃瓶如果放的地方得当,在自然界存在个200万年不成问题。
玻璃垃圾的危害玻璃瓶能够自然存在200万年,因此它比塑料的危害还要巨大,我们不能随意乱丢弃玻璃。乱丢玻璃会给生态造成严重的危害。
首先,玻璃很容易碎,哪怕没有外力,在温差较大的自然里,它会因为承受不住热胀冷缩而破碎。这是因为玻璃是混合物,里面有一些杂质,比如碳,这些杂质卡在玻璃里面,就像长了一个肿瘤一样,一冷一热之后影响玻璃的自然变形导致破裂。玻璃碎片的边缘很锋利,容易伤到人,如果在远离人类社会的野外,会伤害到野生动物。
其次,人们在生产玻璃的过程中,会往玻璃里面添加化学药剂,以达到染色的目的,这些化学成分里面有些含有重金属,在自然之力下变成微粒后,会进入到水里被鱼类吃进肚子。根据食物链堆积原则,越是生态位高的生物,身体里的毒素就会越多,那么人类目前处于食物链最高层,身体内的毒素最多。此外,玻璃中的有毒成分会直接毒死一批动物。而玻璃里面的有毒成分污染土壤和地下水,种植出来的作物上也会带有这些毒素,最后又被人类吃下去了。
最后就是,玻璃作为一种几乎不可降解的垃圾,进入到土壤后就会占据这个位置。上面说到的美丽的加州玻璃沙滩,因为被玻璃堆满了,为了安全游客不能走上去,只能远远观看。想想这里曾经是一片正常的沙滩,可以在上面挖掘贝类发展渔业,现在船无法航行、近海也无法开发,造成了土地资源的浪费。如果玻璃混杂在泥土里,则会影响农业种植,造成粮食减产,加剧全球粮食危机。
还有一点就是,玻璃普遍透光,如果某片玻璃的反射或者折射角度合适,正好将阳光汇聚在野外某个易燃点上,很有可能会造成野外的森林大火,严重危害自然。
现实生活中的玻璃随处可见,我们应该如何处理玻璃垃圾,保护环境呢?
玻璃垃圾回收为了防止玻璃垃圾污染环境,我们一般采取回收的办法。和回收废铁一样,回收的玻璃会被放回大熔炉里面再次熔化。由于玻璃是混合物,没有固定的熔点,因此将熔炉设置成不同的温度梯度,每一个区间会熔化不同成分的玻璃,将其分离开来。途中还可以通过加入其它化学药剂的办法去除掉不需要的杂质。
我国的玻璃回收起步较晚,目前只有13%的回收率。而回收技术比较成熟的发达国家,他们会根据玻璃的颜色进行分类回收。比如德国将玻璃瓶颜色分为三种,白色、棕色和绿色,比如透明和磨砂的玻璃瓶就扔进白色区域。不过他们只回收玻璃瓶,而不是所有的玻璃,貌似是因为德国统一了玻璃瓶的成分标准,因此能更好地回收,其他玻璃得被扔进另外的垃圾桶。
如果我们生活中遇到玻璃垃圾,首先应该用废纸将其包裹起来,以免伤到自己或他人,最好叫专门的回收人员来处理。在户外使用了玻璃瓶,一定将其带回来,不要扔在野外,不然可能人作古了,玻璃瓶还在。
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