北京
現在是2026年，AI 公司在瘋狂建數據中心、光伏廠在拼命擴產、沙特正在沙漠里修一座未來城市。
這三件事看起來八竿子打不著，但它們被同一種東西拴在了一起——沙子。
數據中心、光伏產業、城市建設，都需要沙子丨wsjwsj.com，wikimedia commons，neom.com
沙子和礫石是僅次于水的全球第二大使用資源，也是使用量最大的固體材料。有意思的是，盡管沙灘和沙漠里的沙子那么多，沙子依然是國際貿易中的重要商品。
這是因為沙子和沙子并不一樣。有的能變成摩天大樓，有的能變成芯片，還有的鋪滿了整片沙漠，卻派不上啥用場。
沙漠里的圓沙子，造不了方正的樓
蓋樓需要沙子，但承包下整個撒哈拉沙漠也沒法發財。
阿拉伯半島上的沙漠丨wikimedia commons/豬籠草
建房子需要用到混凝土，它由水泥、沙子、礫石和水混合而成。沙子不僅用來“填空”，也是受力結構之一：混凝土能扛住巨大壓力，很大程度上靠的是顆粒之間的咬合和支撐。
但沙漠里的沙子做不到。
放大來看，沙漠沙子都圓滾滾的。它們經歷了漫長的風力搬運、彼此碰撞，尖銳的棱角被磨平，尺寸也越來越接近。
如果用沙漠里的沙子當混凝土的原料，這些圓溜溜的東西就很難“抓住”彼此，做成的混凝土也不夠穩定。
風化形成的沙子圓溜溜的丨wikimedia commons/Siim Sepp
來自埃及沙漠里的沙子丨wikimedia commons/Wilson44691
建筑需要來自河流的沙子。
比起沙漠，河流的情況復雜得多：上游的巖石持續風化、新顆粒不斷補充，水流無規律地作用于顆粒，還有很多顆粒沒來得及被磨圓，就沉在了河床里。
這樣一來，河砂保留了更多的粗糙表面和細小棱角。它們在混凝土里像無數小小的卡扣一樣彼此嵌合，成為更具強度和穩定性的整體。
建筑所需要用的河砂沙粒丨wikimedia commons/Alexander Klepnev
所以哪怕是阿聯酋、沙特這樣有大片沙漠的國家，也需要長期進口建筑用砂。大自然花上萬年磨出來的圓潤顆粒，在游客眼里或許是風景，在工程師眼里未必是資源。
我們的城市是凝固的河流
沙漠里的沙子沒法用，那就去河里挖。
問題是，全世界都在這么干。
密西西比河沿岸，正在開采河砂丨wikimedia commons/formulanone
聯合國環境規劃署估計，人類每年消耗約500億噸砂石——如果把這些砂石沿赤道堆成一道圍墻，大約27米高、27米寬，足夠繞地球一整圈。
這些砂石成為了公路、橋梁、地鐵、機場跑道、高樓大廈等等基礎設施的一部分。人類建設城市的過程，本質上是在把河床和山體轉移到另一處地方。
但城市長出來的速度，遠遠快于河砂形成的速度。
一粒河砂從巖石風化開始，到形成可供開采的天然砂資源，往往需要數千年甚至更長時間；而現代采砂船短短幾天即可開采數萬噸砂石。
代價也在同步顯現：河床下切、河岸侵蝕、三角洲沉降，都與過度采砂有關。
湄公河沿岸因開采河砂，河岸被侵蝕，靠近河岸的房屋損毀丨Andy Ball/University of Southampton, CC BY-NC-ND
芯片時代，有些沙子變得更稀缺
我們在“量”上缺沙子，在“質”上也缺。
半導體行業需要用到高純石英砂。
普通沙子中有石英，但也有多種礦物的混合物，這些雜質可能導致晶體缺陷，從而降低產品質量，甚至縮短設備壽命。
加利福尼亞海邊的沙子，主要成分為石英、燧石、火成巖和貝殼丨wikimedia commons/Wilson44691
而高純石英砂追求的不是“石英占大多數”，而是“除了石英幾乎什么都沒有”。
高純石英礦礦石丨人民日報海外版
比如光伏行業使用的高純石英砂純度通常要求達到99.99%以上；半導體行業要求更為苛刻，要求達到99.998%甚至更高。
90%和99.998%看起來只差不到10個百分點，換算成實際重量就完全是另一回事：一噸砂子里石英含量90%，意味著還有約100公斤其他礦物；純度達到99.998%時，一噸砂子里的雜質總量只剩下約20克。
高純石英砂丨人民日報海外版
我們能從取之不盡的沙漠里提純石英嗎？理論上可以，成本上不行。
雜質越多，提純的難度越高、工序越多、需要的能源和原料也越多。如果原礦品質太差，最后得到一噸高純石英砂的成本可能比直接用高純石英礦還高。
優質礦源也因此顯得格外重要。
目前全球能夠穩定供應頂級高純石英原料的礦床并不多，其中最著名的是美國北卡羅來納州的斯普魯斯派恩礦區，這里一度供應了全球90%以上的半導體級高純石英砂。
美國的斯普魯斯派恩礦區是最主要的高純石英產區。2024年，礦區受颶風影響中斷生產，引發了人們對高純石英礦源的擔憂。丨sibelco.com
如果說河砂關系著城市的規模，那高純石英砂則關系著芯片能做到多好、芯片產業能做到多大。
當人類開始造沙
好在自然形成的沙子并不是唯一的選擇。
過去幾十年里，建筑行業逐漸發展出替代品——機制砂。它是用巖石、尾礦等原料經過破碎、篩分加工得到的人造砂。在我國，機制砂已經成為建筑骨料的重要來源。
不同粗細的機制砂丨lmzkjq.com
另一條思路是回收。一棟樓拆除后，相當一部分建筑垃圾可以重新變成建筑材料。
武漢的一處建筑垃圾加工現場丨lmlq.com
至于芯片和光伏產業，高純石英仍然難以被完全替代?？蒲腥藛T正在尋找新礦源，也在改進提純工藝，希望從品質較低的石英礦中獲得更多高端產品。但至少目前，頂級高純石英依然屬于稀缺資源。
Guokr
大自然把石頭變成沙子，人類把沙子變成城市和科技。未來更重要的課題，或許是讓沙子在離開河流和礦山之后，還能繼續循環下去。
作者：李小葵
編輯：游識猷
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