大家知道,沙子是建筑业应用最多的原材料,没有之一,我们所居住的房屋、各种道路和桥梁、水利设施等等都离不开沙子,而且融化的沙子还能应用于生产玻璃、电视电脑的屏幕以及手机、电脑和汽车的芯片,可以说我们的日常生活中,无时无刻不在享受着沙子给我们带来的保障和便利条件。
沙子的形成
自然界中的沙子,主要来源于岩石的裂解,在太阳辐射、温度变化、风力、微生物作用等的影响下,巨大的岩石逐渐发生碎化,由大到小、由粗到细,再通过风吹和水流的进一步风蚀、水蚀以及搬运作用,通过成千上万年的积累,从而在不同区域、不同场所堆积或者沉积形成厚厚的沙层。
在干旱地区堆积形成荒漠甚至沙漠,而在河泊以及近海区域则沉积形成河沙和海沙。
一直以来,应用于建筑行业的沙子,基本上都来源于河沙、海沙的开采,另外还有相当一部分直接从矿山上采掘,然后通过相应工序进行开发利用。
沙子的消耗量
据有关数据统计,现在全球每年对沙子的消耗量,达到了惊人的400多亿吨,在过去的20年中,全球范围内的沙子使用量增加了足足两倍。随着人口增长和社会发展进程的不断加快,城市化、工业化的发展,需要的沙子数量肯定还会激增,人类对沙子的消耗量,已经远远超出自然界的形成速度。
如果以现在的消耗量增长速度进行估算,那么可供人类大规模开采的河沙和海沙就会越来越少,可能在未来不长的时间里就会基本用光。
近年来,联合国以及世界各个国家,都认识到了这个严峻的问题,联合国在2019年将沙子短缺危机问题正式提上议事日程,而很多国家也试图通过新材料代替、减量作用、再利用、延长建筑使用寿命等方式,在一定程度上减少了对沙子的直接依赖,但是总体效果并不十分理想。
从目前看可持续性的开采方案、替代措施针对性都不强,而且随着未来人口的增长、城市化的发展,人类社会对沙子的需求势必仍然呈爆炸式增长态势。有研究机构测算,到2060年,全球仅建筑用沙的需求量,就将增长50%左右,全球沙子告急的形势将更为严峻。
而且,随着人们对河沙、海沙、矿山的频繁开采,还会造成一系列的生态环境问题,比如生态破坏、生物多样性下降、环境污染等问题,对开采区域以及周边生态系统和人类生存质量,都将产生严重影响。
沙漠里的沙子为什么不能用?
有人不禁要问了,现在全球差不多四分之一的土地被沙漠所覆盖,沙漠里遍地都是沙子,能不能解决全球的沙子危机呢?
答案肯定是不能的,因为相较于建筑业和其他领域所应用的沙子,沙漠里的沙子由于天生的“缺陷”,根本达不到使用的要求,主要来说有以下几个方面:
一是粒径太小。沙漠中的沙子,由于长期受到风吹日晒等方面的外力作用,沙粒之间反复进行着碰撞和摩擦,沙子颗粒的直径普遍很小,一般都在0.1毫米以下,而且还非常圆润光滑。而作为建筑用沙来说,对其粒径都是有明确要求的,一般都是选择0.2-2毫米之间的沙子,并且在不同的应用场合,对符合上述粒径范围的沙子,也有明确的级配标准要求。显然,沙漠中的沙子是达不到要求的。如果强行使用,那么沙粒与水泥、与附着物等的结合力就不怎么强,从而影响水泥砂浆的强度,会引发建筑物的安全质量问题。
二是杂质太多。河沙和海沙由于时刻都在受到水流作用,其中含有的黏土等杂质都被冲得一干二净,所以相对来说比较纯净。而沙漠中的沙子,则含有较多的黏土和其他成分,杂质较多,在与水泥等建筑材料配合使用时,也会降低沙粒与周围物质的结合能力,吸附和紧固能力随之下降,不但原材料的使用量增加,而且安全性也会下降。
三是有害物质多。河沙和海沙中的一些可溶解物质,基本上都被水流冲走了。反观沙漠中的沙子,在长期的风化过程中,原来岩石中所含有的各种矿物盐类、云母、碱土、硫化物等,基本上也留在了沙漠中,这些物质不但会对建筑物产生严重的侵蚀作用,而且也会对人体造成不利影响。
四是开采成本高。沙漠地区由于气候条件的限制,那里环境非常恶劣,人烟稀少,距离人口密集区远,更是缺乏交通设施,如果去开挖,那么相应的设备和车辆很难抵达,也很难保障开采过程中的必要电力、油料、人员以及食物和水的供给,开发成本势必会非常高,远没有在河湖或者海边开采性价比高。
所以,应对全球沙子短缺的问题,人们的目光自然不会放到沙漠里的沙子上面,而是应该放到如何寻找开采过程中对环境影响小的新的沙源上、放到使用更高效的替代材料研发上、放到尽可能提高沙基材料的回收利用上,尽可能地让自然界中沙子的消耗与更新保持一定程度的匹配,实现可持续利用。