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  • 10Apr

     

    你對磷這種物質的認識有多少呢?

    事實上,除非你在大學裡主修化學,否則一下子可能什麼也答不上來。不打緊,讀畢這篇短文之後,你的認識肯定會令主修化學的大學生也刮目相看呢!

    磷(phosphorus)是宇宙間繼氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖、鈉、鎂、鋁和硅之後的第十五種最簡單的元素。它的原子核擁有15顆質子(protons)和16顆中子(neutrons),而環繞著原子核運行的15顆電子(特別是較外圍的)則決定了它的各種化學特性。

    好像碳能夠以煤、石墨和鑽石等不同的形式存在一樣,磷這種元素也能以不同的物理和化學型態存在。它們是黑磷(金屬磷)、白磷(黃磷)、紅磷(赤磷)和紫磷等。其中的白磷在黑暗中能發光。但它亦帶有劇毒,因此是一種十分危險的物質。

    對大部分人來說,磷好像不是一種十分重要的元素。這當然大錯特錯!的確,比起碳、氫、氧和氮等元素,生物體內的磷在份量上少得多。但它的存在卻起著關鍵作用,以至於大半個世紀前,著名科普作家阿西莫夫(Isaac Asimov)便曾稱它為「生命的瓶頸」(life’s bottleneck)。

    為什麼稱為「瓶頸」呢?在未作出解說之前,讓我們先看看磷重要在哪裡。我們都知道生命的遺傳物質是 DNA (脫氧核醣核酸),而DNA的「雙螺旋結構」(double helix structure)便活像一把不斷被扭轉的長梯。但大家可能有所不知的是,構成“長梯”兩旁的“把手” 的物質乃是「脫氧核醣」(deoxiribose)和「磷酸」(phosphate),而不用說,磷酸中包含的正是磷這種元素。

    也就是說,沒有了磷,所有生命將無法繁衍下去!

    這還不止。除了繁殖外,生命的存在當然還需要能量。而在生物體內負責儲存和運送能量的化合物是「三磷酸腺苷」(adenosine triphosphate,簡稱ATP)。再一次地,磷這種元素起著關鍵的作用,因為沒有了它便沒有 ATP,而沒有了 ATP,所有生物都很快便會像電池耗盡的電動玩具一樣,先是愈走愈慢,最後停頓下來!

    唔!重要是重要了,但為什麼說它是「生命的瓶頸」呢?難道碳、氧、氮等元素不同樣重要嗎?要回答這個問題,我們便必須了解到大自然中的「磷循環」(phosphorus cycle)這個現象,與其它的「碳循環」(carbon cycle)、「氧循環」(oxygen cycle)、和「氮循環」(nitrogen cycle)等有什麼不同。

    不同之處在於,碳、氮、氧等元素在地球表面的含量皆十分豐富。相比起來,在地殼裡的平均含量不到千分之一的磷則稀少得多。留意這個含量還只是一個平均值,不同環境裡的含量還會有很大的差異。也就是說,磷這種元素(常見的存在形式是磷酸鹽)在自然界中的多寡,往往是該處的生物是否得以蓬勃茁長的決定性因素。

    此外,由於磷的循環(亦即由生物透過「食物鏈」所多番攝取、利用、排放、轉換、歸還大自然、再被攝取…)一般只是透過固體和液體的形式進行,而不似得碳、氮、氧等可以透過氣態在大氣層中進行,所以流轉的速度和範圍都比較有限。

     在自然界,這種較慢的“磷流轉”並不構成很大的問題。但近百多年來,由於世界農業生產的急劇擴張,人類大量開採磷礦並把它用到化學肥料之中,而大量包含著這些磷的人類和動物排泄物皆被棄置(大部分被排到大海之中)而沒有被循環再用,全球的磷礦資源已日益耗盡。一些科學家警告:正如石油生產正出現「石油產峰」(Peak Oil)一樣,磷礦生產很快也會出現「磷礦產峰」(Peak Phosphorus),從而嚴重影響全球的糧食生產。

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    Posted by michael chan @ 5:02 pm

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