破解恐龙灭绝之谜的“彩虹元素”

作者: 李研

来源: 赛先生

发布日期: 2019-10-29 17:54:33

本文详细介绍了铱元素的特性、来源及其在科技中的应用,特别是其在破解恐龙灭绝之谜中的关键作用。

铱的英文名Iridium来源于彩虹女神,寓意美好。古希腊传说中,女神Iris是彩虹的化身,她作为人和神之间的中介者,向普罗大众传达天神的旨意。化学元素铱没有辜负她的名字,它向我们讲述了多彩的世界、稀缺的资源和脆弱的地球生态圈,而这一切都值得我们倍加珍惜。

铱是一种十分稀有的贵金属,我们在日常生活中接触铱的机会不多,但很多人或许对“铱”的名字并不陌生,这可能源于知名度很高的“铱星计划”。

“铱星计划”想要解决的是现代人的一大痛点:手机没信号。人们曾设想,如果在地球的7条轨道上均匀地分布着11颗卫星,那么这些卫星就可以覆盖全球,用户用手机直接连通卫星就可以进行全球范围内的通讯,而无需直径只有几米抛物面的地面基站。这样即使我们在深山老林、天涯海角也不用发愁手机没有信号了。

铱(Ir)的名字虽然取自古希腊的女神,但它可是化学元素中的“硬汉”。金属铱呈银白色,熔点非常高,质地也非常硬。

而且铱的密度很大,以X射线晶体结构分析试验测出的密度为22.56 g/cm3,仅比密度排名第一的锇(Os)金属低0.03 g/cm3,比我们常见的重金属铅(Pb)高出一倍之多。铱耐腐蚀性极好。和贵金属钌(Ru)类似,它也是在铂矿石经王水(浓硝酸和浓盐酸的混合)“洗礼”后,留下黑色的残渣中发现的。当时人们普遍认为这些黑色残渣是石墨。

然而,英国人史密森·特南特(Smithson Tennant)对此却持怀疑态度,他对残渣的成分进行了深入的研究。既然这种残渣不溶于王水这样的强氧化剂,他就尝试用强碱和强酸反复处理,并于1803在其中提取出铱(Ir)和锇(Os)两种新元素。

铱很可能是地球上最稀有的元素,在地壳中含量只有千万分之一,常与其他铂族元素一起分散于冲击矿床和沙积矿床的矿石中。一些科学家相信,铱在整个地球的含量比在地壳中的含量高很多,只不过由于铱的密度大,又具有亲铁性,所以在地球仍处于熔融状态时,就已经沉到地球的内核了。虽然铱十分稀有而贵重,但在现代科技所需的极端条件下,特别是对机械强度和耐腐蚀、耐高温要求很高的领域,还是离不开铱元素。

值得一提的是,铱虽然在地球上可能是最稀缺的元素,平均质量比例只有百万分之0.001,但在宇宙中的一些陨石里含量却比较丰富,可以达到百万分之0.5以上。这一差距使得铱元素为科学家寻找恐龙灭绝的原因提供了重要线索。白垩纪后期,火山活动极为频繁,地球上海陆分布急剧变化,动物界也在白垩纪末发生重大变化,曾一度在地表占据统治地位的恐龙在此时灭绝。这一切的起因,究竟在地球内部,还是来自地外天体的撞击?

20世纪80年代,以物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨(Luis Walter Alvarez)和他的儿子为首的科研团队走进古生物学领域,他们发现在6600万年前,也就是白垩纪到古近纪交界的地层中,黏土中铱的含量异常的高。这表明那时的地球很可能遭受过外来天体的撞击。

后来,人们在中美洲尤卡坦半岛地底的确发现了约6600万年前形成的大型撞击坑,并在坑的周围找到了高含量的铱,和只有在高温高压下才能形成的冲击石英。在这些强烈证据的支持下,巨大的“天外来客”撞击导致包括恐龙在内的白垩纪大灭绝成为目前科学界公认的理论。

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