|磷：尿液、生命之源与致命毒药( 三 )
本文图片
美国化学会（ACS）制作的显示各种元素稀缺程度的周期表 。 P是生命必需元素中唯一具有短缺风险的 。
人类为什么需要这么多磷？要知道 ， 庞大并且还在日益增长的世界人口每天消耗着大量的粮食 ， 而氮、磷、钾是农作物生长需求量大、收获时又带走量较多的三种营养元素 ， 所以长期耕种的土地很容易缺乏 ， 必须人工施肥补充才能保持高产 。 这其中 ， 人们已经掌握了将空气中的氮气转变为氨的人工固氮法 ， 所以氮肥是最不用发愁的 。 磷和钾都只能从地壳中获取 ， 而钾的来源和储量又比磷丰富得多 。 如今人们早已抛弃了蒸馏尿液获取磷的方法 ， 制造农用磷肥的主要原料是磷灰石 。 根据美国地质调查局2015年的统计 ， 全球可供商业开采磷矿石储量为670亿吨 ， 但摩洛哥和西撒哈拉这一小块区域就占据了500亿吨之多 ， 中国有近40亿吨 ， 大多数国家的磷矿资源比较匮乏 。
另一方面 ， 目前的农业技术又使磷的流失率高得惊人 ， 撒到地里的磷肥只有约10%可以被农作物吸收利用 ， 剩下流失到水体中的磷还会对环境造成严重污染 。
按照现有的开采速度和利用方式推算 ， 地球上磷矿石的商业储量可能在50年后消耗殆尽 。 因此 ， 科学家们正在积极寻找从有机废物和生活废水中高效回收磷的方法 ， 以应对磷矿石未来可能出现的短缺 。
虽然地球上的磷资源似乎不能满足人类的巨大需求 ， 但在浩瀚宇宙中 ， 我们生活的地球已经是个十足的“幸运儿”了 。 天文学家发现 ， 太空中磷的含量远低于我们的想象 ， 像地球这样富含磷元素的星球在银河系实属凤毛麟角 。 为什么地球可以得天独厚地享有大量的磷资源 ， 目前科学家对此尚无可靠的解释 。 但可以肯定的是 ， 磷在早期生命演化中发挥着不可或缺的作用 ， 如果星球表面没有它 ， 生命可能根本不会出现 。 这或许可以解释为什么我们发现了一些温度和水分都理想的“宜居星球” ， 却始终难觅外星生物踪迹 。
可见 ， 磷不仅是生命的必需元素 ， 更是生命的“限制元素” 。
“生存本来就是一种幸运 ， 过去的地球上是如此 ， 现在这个冷酷的宇宙中也到处如此 。 但不知从什么时候起 ， 人类有了一种幻觉 ， 认为生存成了唾手可得的东西 ， 这就是你们失败的根本原因 。 ”
——《三体3》
死亡烟火
科学上的每项新发现往往都是双刃剑 ， 在给人们带来福祉的同时也常会引发风险和灾难 。 磷的使用也不例外 ， 它既能给世间带来生命和丰收的喜悦 ， 也能散布死亡和恐怖的威胁 。
白磷的燃点低 ， 极易引燃其他物质 ， 所以白磷引发的火灾往往很难扑灭 。 白磷燃烧时会急剧放热 ， 并产生浓浓的白烟 。 白烟的成分为五氧化二磷（P2O5） ， 实际分子结构为P4O10（P2O5是约分简化的结果） 。 接触白磷或者吸入其燃烧产生的烟雾都会对人造成严重伤害 。
本文图片
白磷燃烧的化学方程式和五氧化二磷的分子结构
很快 ， 白磷的破坏力就被用于制造燃烧弹和烟雾弹 ， 并应用到各种军事冲突中 。
二战时发生的几次大规模轰炸、在越南战争、海湾战争和叙利亚内战等多次军事冲突中 ， 白磷弹都不时出现 ， 造成大量人员伤亡 。 目前国际社会对于白磷弹的使用批评之声越来越多 ， 但尚没有权威文件限制其使用 。 不知道这束死亡烟火还将持续多久 。
>
美军在越南战争中使用白磷弹
图源：Wikipedia
致命毒物
磷不仅可以明火执仗地“杀人“ ， 还可以悄无声息地“灭口” 。
1935年 ， 德国化学家施拉德(Gerhard Schrader)发现了一种速效有机磷杀虫剂——塔崩(Tabun) 。 塔崩是清澈无色的液体 ， 还有着淡淡的水果香气 ， 但仅仅吸入了很少量样品 ， 施拉德和助手就成为了有机磷毒剂的首批受害者 。 他们出现了瞳孔收缩、呼吸困难及晕厥症状 ， 三周后才逐渐康复 。 人们由此意识到塔崩的巨大毒性 ， 并开启了有机磷神经毒剂这一潘多拉魔盒 。
有机磷毒剂的致死原理是强烈抑制人体内的乙酰胆碱酶 ， 从而使负责神经传递活动的乙酰胆碱不能被水解而蓄积 ， 胆碱受体会因此而过度兴奋 ， 最终导致中枢神经的麻痹瘫痪 。
二战后 ， 由于其巨大的军事潜力 ， 研究人员开始深入地分析塔崩的化学结构 ， 相继合成了一系列具有类似化学结构的新型神经性毒剂 ， 沙林（Sarin）和VX是其中最具代表性的两种 。
本文图片
相比于人们所熟知的剧毒物质氰化钾 ， 沙林的毒性还要再强烈20倍之多 ， 大鼠的半数致死量只有26.2ppm 。 VX则是一种无色油状液体 ， 比沙林更加危险 ， 即使不通过吸入或注射的方式 ， 只是接触皮肤也能迅速渗透到血液 ， 5分钟内即可致人于死地 。 500mL的VX如果在空气中散布 ， 足以杀死几万人 ， 堪称化学武器中的核弹 。
推荐阅读
- 科学|世界3大未解之谜：生命起源、地球内核、宇宙之谜，该如何解释？
- 鬼才狗仔|皮肤被冻伤，处理能挽救生命！医生告诉你如何防治
- 科学|有些星球可能比地球更适宜生命繁衍？科学家一下发现24颗候选者
- 杨丽萍 |舞蹈家杨丽萍：跳舞是我生命的需要
- 外星生命|距离地球最远的探测器，携带人类生殖器官图像，飞了整整41年！
- 外星生命|距离地球最远的探测器，飞了整整41年，看完令人绝望！
- 买单|你穿的每一条牛仔裤, 都是在用生命买单
- 科学|“基因魔剪”将生命科学带入一个新时代，如何善用还需全社会共同努力
- 诺贝尔化学奖|科普：重写生命密码的工具——解读2020年诺贝尔化学奖成果
- 剪刀|科普：重写生命密码的工具——解读2020年诺贝尔化学奖成果