地球上即將消失的元素

李小鳳

2019年是門捷列夫發現周期表的150周年。聯合國教科文組織決定將2019年定為“國際化學元素周期表年”，以表彰化學元素周期表的重要性。按照2016年修訂的新版元素周期表，目前已知118種元素，其中90種自然存在，另28種由人工合成。

歐洲化學學會不久前發布一張“扭曲”的元素周期表，指出由于人們過度使用，部分元素可能在未來的100年內從地球上消失。在這張周期表上，用紅色標記的元素表示對這些元素的消耗將極大地降低它們在未來100年或更短的時間內的可利用性—這些元素有氦（He）、銀（Ag）、碲（Te）、鎵（Ga）、鍺（Ge）、鍶（Sr）、釔（Y）、鋅（Zn）、銦（In）、砷（As）、鉿（Hf）和鉭（Ta）。氦被用來冷卻核磁共振掃描儀中的磁鐵，也被用以稀釋深海潛水所需的氧氣；核反應堆中重要的控制棒使用鉿；鍶鹽被添加到煙花里，綻放出鮮艷的紅色；釔是照相機鏡頭的組成成分，它使得鏡頭抗沖擊并耐熱，除此之外它還被用于激光和合金里；鎵被用來制作高質量的鏡子、發光二極管和太陽能電池。元素周期表上標以橙色和黃色的元素表示對這些元素的增量使用將會出現可預見的問題。綠色區域意味著這些元素有足夠的來源，比如氧（O）、氫（H）、鋁（Al）、鈣（Ca）等元素。周期表中位于第一位的氫（H）元素含量十分豐富，可以放心使用。構成地球大氣的21%、讓人們得以呼吸的氧氣是地球上儲量最充足的元素，不會面臨滅絕威脅。錫（Sn）、鉭（Ta）、鎢（W）和金（Au）這四種元素被涂成黑色，目的是提醒生產商必須仔細追蹤這些礦產的來源，以確保不會有人死于因爭奪礦產而導致的沖突中。

手機的出現將使這些元素消失

生產手機大約需要30種元素。其中供應充足的有：氫、碳、鋁、硅、氧、鉀、溴、鑭、鐠、銪、釓、鋱。對于這些元素，我們暫時不必擔心。未來有供應風險的有：鋰、鎂、磷、鎳、銅、釹、錫、銻、鎢、金、鉛。因使用量增加，有枯竭風險的有兩種：鈷、鏑。100年內面臨嚴重枯竭威脅的元素有：鎵、砷、釔、銀、銦。以銦元素為例，它廣泛用于制造手機和平板電腦的觸摸顯示屏，但其在地殼中的分布少而分散，預計未來供求矛盾會逐漸顯現。如果我們繼續每隔幾年就丟棄舊設備，它可能很快就會枯竭。據調查顯示，僅在中國，每年被淘汰替換的舊手機數量就多達近2億部。歐洲化學學會估計，歐盟每個月有大約1000萬部智能手機被丟棄或更換。據聯合國環境規劃署的預計，目前手機中銦元素的回收率還不到1%，按現在的速度繼續下去，銦只夠人類再用20年。對此，專家指出，應減少手機更新的頻率，此外應該回收手機中的所有元素。

氦將面臨枯竭

從表中可以看出，被標示為紅色的元素“100年內面臨嚴重的枯竭威脅”。這其中除了鎵、砷等元素外，竟然還包括氦！

氦是宇宙中僅次于氫的第二豐富的元素，但在地球上儲量并不多，以致成為“稀有氣體”，可能只夠人類再用幾十年的時間了。

因為氦氣密度小，且為惰性氣體。換言之，在大氣中的氦氣，不足以被地球“吸引”，往往輕易地逃到宇宙空間去；而所謂“惰性氣體”，是指它的化學性質非常不活潑，一般狀態下不會和其他物質發生反應形成化合物，因此，大多數氦元素都只能以單質形式存在。

在地球上，大多數氦氣的制備都是來自于天然氣分離。據美國地質調查局2017年調查報告，全球氦氣儲量主要分布在美國、卡塔爾、阿爾及利亞、俄羅斯4國。4國資源量總和占全球總量的88%。另據《瞭望》新聞周刊報道，專家預測，在未來10多年內，全球對氦氣的需求量將以每年4%～6%的速度增長。盡管氦是自然界中含量僅次于氫的元素，但仍與稀土一樣面臨供應緊張的危險。如果僅以冷卻為目的，可用氮氣替代氦氣；如果僅作為惰性氣體利用，可用氬氣代替。不過，在利用氦氣多種特性的光纖及半導體制造等用途中，卻很難有其他替代原料。

2012年11月，東京迪士尼樂園停售填充氦氣的氣球，而銷售氣體的企業也紛紛被迫暫停供應氦氣。這些情況均是由于氦氣難以穩定采購造成的。科學家警告大家：不要再在生日派對上放飛氦氣球了，因為核磁共振掃描和深海潛水更需要這種惰性氣體。核磁共振掃描和深海潛水設備中使用的氦氣通常都是循環利用的，但氦氣球中的氣體直接釋放到大氣中。如果氦進入大氣層，它會直接飛到大氣層的邊緣，永遠消失在外太空中。如果人類不盡快采取措施，地球上的氦就只夠用10年左右。