摘要：在《詩意的原子》中，施塔格介紹了八種連接人和宇宙萬物的元素——支持呼吸和燃燒的氧元素、作為生命始祖的的氫元素、帶來創(chuàng)造與毀滅的鐵元素、作為無數(shù)化合物的組成部分的碳元素、對動物（包括人）有著神奇的吸引力的鈉元素、可以用來制造炸藥和化肥的氮元素、構成骨頭的鈣元素和最有可能限制人口增長的磷元素。

一、生命之火——氧

· 如此巨量的空氣分子中，人類所依賴的氧氣只占其中的一小部分；平均下來，一位成年人每天需要消耗大約0.9千克氧氣，而單獨的一次呼吸完全可以確保延續(xù)你接下來幾分鐘的生命。

· 肺并不只是氧氣進入血液的唯一通道，還有很小一部分“呼吸”是通過眼睛完成的，這些氧氣粒子極為重要，位于眼球透明的表面的細胞能夠直接從大氣中吸收它們，用于補償眼球血管載氧量的不足，皮膚表面的很多細胞也在做著同樣的事情。

· 心臟病專家科爾尋求一種繞過肺部而將氧氣直接注射到血液中的治療方法，為了避免在這個過程中產(chǎn)生氣泡而形成致命的栓塞，科爾利用聲波將純氧和油脂攪成細膩的白色浮沫，這一方法將氣體包裹在柔軟而富有彈性的微膠囊中，從而可以在與紅血球細胞接觸時使其載氧。

1.關鍵的發(fā)現(xiàn)

· 人的體重有大約60％由水構成，而水分子中8/9的重量屬于氧原子，所以氧構成了人體濕重的大部分，一個68千克的成年人含有大概43千克的氧。

· 身體里脫除水分剩下的那部分“干”物質(zhì)中，氧原子也和其他的一些元素交織在一起，在肌腱的蛋白纖維、肥皂泡狀的細胞膜以及螺旋的DNA中都存在；在人體動脈的血糖以及乳汁的乳糖中，氧原子貢獻了略高于一半的重量，同時它們還與多數(shù)礦物元素共同構成了人體骨骼。

· 呼吸的目標不是獲取氧原子，而是獲取由兩個氧原子結合在一起具有反應活性的氧氣分子；不同于喝水或進食，人需要一直持續(xù)吸入氧氣，因為除了肺部的肺泡，人無法在體內(nèi)安全地儲存氧氣。

· 德國煉金術師貝歇爾提出，燃燒僅僅是因為釋放了一種被稱為“燃素”的神秘物質(zhì)；英國科學家波義耳提出，空氣并非一種純凈元素而是各種氣體的混合物。

· 瑞典化學家舍勒對氧化汞粉末進行加熱，并認為由此得到的“火氣”在大氣中也是存在的；英國化學家普利斯特里做了同樣的實驗，并給逸出的氣體起名為“脫燃素氣”；因為將這種氣體與溶液中的氮和硫結合可以產(chǎn)生硝酸和硫酸，拉瓦錫將這種氣體稱之為“oxygène”（“制酸劑”）。

· 拉瓦錫還推翻了燃素說，通過對封閉容器中的錫進行加熱，他證明金屬在此過程中增重而非減重，并且氧化之后的金屬所增加的質(zhì)量與容器打開時進入其中的空氣質(zhì)量相等。

2.氧的人體之旅

· 火在很多方面跟生物很相像，兩者都會產(chǎn)生二氧化碳以及水蒸氣；火焰和生命還有一點相像的是，一旦沒有了氧氣，兩者都會因此而終結。

· 在蠟燭的火焰中，周邊環(huán)境里的氧氣直接攻擊熔融狀態(tài)的蠟，把電子從一堆灼熱的富碳粒子和電離氣體組成的燃料分子中撕扯出來；當氣態(tài)火焰溫度、密度、電離達到一定程度的時候，就被稱作等離子態(tài)。

· 火和生命的作用過程有明顯差異：當蠟燭燃燒時，其中的碳原子與氫原子分別和氧原子結合成二氧化碳與水；當富含碳元素的食物在體內(nèi)發(fā)生氧化時，雖然產(chǎn)生相同的廢物（CO2和H2O），卻是經(jīng)過兩個步驟；當人吸入空氣時，氧氣不會像從蠟燭里那樣捕獲碳原子，因為在細胞內(nèi)部這個相對溫和的環(huán)境下，氧氣轉而去專一地捕獲氫原子。

· 在呼吸過程中，氧氣先是通過氣管達到肺泡；當肺部搏動時，血液擠進肺泡中，紅血球細胞可以載著氧氣穿過數(shù)百英里的血管抵達人身體的任何地方；剛剛在細胞中產(chǎn)生的二氧化碳從血液中逸出并進入到肺泡中。

· 1品脫的血液大約可以攜帶0.2品脫的氧氣，足以維持人體一分鐘的靜息狀態(tài)；在這個從肺到細胞然后又返回的旅程里，氧氣含量逐漸下降；當靜脈血將氣體重新送回肺泡時，跟肺部中的空氣相比，其氧氣含量幾乎可以忽略，而這種不平衡可以驅(qū)動更多氧氣擴散到血液中。

· 氧分子進入人的身體時，最首要的目標就是在人體內(nèi)分解；細胞中的酶以及線粒體的核將食物的分子粉碎，形成一堆由大量電子、氫離子以及二氧化碳構成的大雜燴。

· 線粒體核周圍是一層軟膜，其中嵌有一系列蛋白質(zhì)，電子由它們吸收，有一些還會在電子通過時發(fā)生抽動、彎曲或者翻滾；這些分子機器的運轉使得化學能得以儲存，并為肌肉和代謝提供動力。

· 利用這些跳躍的電子，氧氣從粉碎后的食物分子中拴住了氫離子；在這個食物與空氣參與的轉變過程中，進食與呼吸這兩個過程得到的不同成分完成重組，并產(chǎn)生H2O分子。

3.地球的“呼吸”

· 基林的研究表明，人所呼吸的氧氣中只有一半來源于陸生植物，剩下那部分是由海洋中的藻類以及藍藻貢獻的，此外還有很少的一部分來源于上層大氣中水蒸氣的分解，太陽以及遙遠恒星輻射的放射線為此過程提供了能量。

· 數(shù)據(jù)表明，氧氣濃度的年度上升波動伴隨著CO2的循環(huán)式下降；白天二氧化碳的濃度會緩慢下降，到了晚上又會恢復，而更大規(guī)模的季節(jié)性波動則是由夏季的波谷與冬季的波峰構成。

· 太陽升起后，植物和浮游生物開始向空氣中釋放氧氣，并從空氣中吸取二氧化碳；夜幕降臨之時，氧氣的生產(chǎn)過程被迫終止，但細胞里那些生產(chǎn)CO2的小工廠卻還在持續(xù)運轉，因為它們不需要太陽能，從而促使二氧化碳水平重新恢復，而氧氣水平相應下降。

· 春天，萬物復蘇，芽生葉長，O2濃度迅速提升，而CO2有所減少；冬天，光合作用變緩，同時枯葉腐爛釋放出二氧化碳，跟春天相反的變化趨勢便發(fā)生了。

· 2013年，溫室氣體二氧化碳的平均濃度達到了400ppm，相比20世紀50年代時約312ppm的平均值有所增長，引起這一變化的主要原因是化石能源的燃燒以及砍伐森林引起的腐爛與燒山。

· 當二氧化碳的長期觀察記錄穩(wěn)步增長之時，全球平均氣溫也在同步上升，而氧氣的含量卻在下降；氧氣的變化趨勢幫助我們理解，是什么控制了CO2的增長。

· 植物也和人一樣有線粒體，它們生產(chǎn)的氧氣大多被自己消耗了；無論森林還是海洋所生產(chǎn)的氧氣，其實都只是泄漏物，而且大部分在逸出后很快就被銹蝕、腐爛和燃燒等過程消耗了。

· 有些人群的祖先在高海拔地區(qū)生活了數(shù)百年，由此可能形成基因突變，從而使他們更能適應缺氧狀態(tài)；多數(shù)西藏人都比其他人群的呼吸速度更快，并且每一次呼吸可以吸入更多的空氣，這便是因為基因遺傳讓他們能更好地適應氧氣短缺的情況；安第斯人的血液中存在大量的變異紅血球，具備從空氣中提取更多的氧氣的能力。

4.人與植物間的氧交換

· 如果人吸入一個由這棵植物釋放出的氧氣分子，人的細胞會將其轉變?yōu)榇x水，這時氧原子就從氧氣分子中分離了出來，并“變相”成了H2O，或許通過人的呼吸逃逸出來，并以水蒸氣的形式飄到了植物旁邊；如果這個水分子進入到葉片中，它會被光合作用分解，氧原子獲得自由，再次參與構成一個新的氧氣分子，其中那顆隨著水汽被人呼出去的氧原子，又重新回到了你體內(nèi)。

· 幫助植物將水轉變成氧氣的細胞器是葉綠體，從大小和形狀上看，它都很像線粒體，但內(nèi)部擠滿了多層的膜；被陽光照射的葉綠素，反過來又會對其他分子機器發(fā)射電子，并幫助推動糖的合成，之后這些糖將形成樹液、莖、花和種子。

· 葉綠體在“發(fā)射”后還必須重新“裝彈”，在葉片中，水分子是最方便的電子來源，而葉綠素則非常擅長從水分子中獲取電子并釋放氧原子；游離的氧原子于是重新組合成氣體分子，可以被鄰近的線粒體直接消耗，也可以逸散到空氣中。

5.氧誕生于遠古的恒星爆炸

· 138億年前，在宇宙大爆炸發(fā)生后不久，氫原子就在亞原子顆粒的云團中凝聚出來了，但氧原子還完全沒有出現(xiàn)，因為氧原子需要在恒星中形成，而此時第一顆恒星都還沒出現(xiàn)。

· 當原始的氫原子聚集成團簇，并變得足夠龐大、密度足夠高、溫度足夠熱，足以引發(fā)核聚變反應，第一代恒星就被點燃了；在那團等離子體中，電子脫離原子核的束縛，失去電子的原子核直接轟擊了其他沒有電子云保護的原子核，使得帶正電荷的質(zhì)子克服了相互之間的斥力，用更強大的核力（強作用力）把它們結合在了一起，新形成的結合體是氦原子的原子核。

· 氧原子誕生于更大的恒星中，這樣的恒星可以使氫原子聚變成更重的元素；在水分子中，氫原子依附于占絕大部分質(zhì)量的氧原子，但形成氧元素的核子曾經(jīng)與更輕盈也更古老的氫原子是完全相同的。當超巨星逐漸衰老并死亡時，新形成的氧原子飄散到了太空中。

· 從原子層面上說，地球和太陽都是我們的兄弟姐妹，因為形成它們的恒星殘骸，其成分和我們體內(nèi)的元素一模一樣。

6.氧在空間和時間里的循環(huán)

· 基林和他謝茨揭示，植物和各類浮游生物產(chǎn)生的氧氣，會在兩個月內(nèi)遍布半個地球，而遍布整個地球也只需一年多一點的時間；大氣中氧氣與二氧化碳的平衡與生物活動之間的敏感性表明，這種循環(huán)并非只是短暫趨勢，而是這個星球上所有生物在原子層面上一直都在踐行的傳統(tǒng)。

· 大氣的總質(zhì)量約5000萬億噸，這就意味著一共有大約10^44個原子存在于空氣中；如果再考慮與海洋之間的氣體交換、肺部的平均體積以及人類的平均呼吸頻率等，可知人每一次的呼吸中，有1到15個原子是達·芬奇曾經(jīng)呼吸過的。

· 1到15的估算結果并不適用于氧氣，因為這種氣體不夠穩(wěn)定，不會在空氣中存在這么久；細胞、森林大火、閃電以及太空輻射遲早都會將其轉化為水或其他化合物。

· 更有助于用來解釋空氣循環(huán)的氣體應該是不會被生物體產(chǎn)生或消耗的，美國天文學家沙普利采用氬氣作為計算對象；高度精確的估算結果是，在人的一次呼吸中，大約有15個氬原子是曾經(jīng)被某人呼吸過的。

二、原子之舞——氫

· 氫原子的結構最為簡單，只有一個質(zhì)子和一個電子，但對于人和這個世界，這個最樸素的原子卻極為重要；沒有氫，水就不再存在，因此全世界的海洋、云層和極地冰蓋，以及人體里60％的物質(zhì)都將消失。

· 氫是在宇宙大爆炸后不久最先產(chǎn)生的元素，并引燃了最初的恒星，所以氫是人身體中最古老的原子形式，在宇宙中其他地方也是如此；氧原子實際上可以追溯到氫原子核在次生代恒星上發(fā)生的氫核聚變。

1.絢麗的舞姿——布朗運動的發(fā)現(xiàn)

· 蘇格蘭植物學家布朗從一些克拉花的花心中采下花粉，并與水滴進行混合；通過黃銅顯微鏡觀察，布朗注意到，細碎的花粉涂片漂浮在濕潤的介質(zhì)上，看起來似乎正在顫抖。

· 在懸浮液中，沒有生命的物質(zhì)和生物樣品一樣也會出現(xiàn)顫抖，石棉纖維、金屬粉末，甚至來自斯芬克斯像的石頭碎屑樣品，都是如此，布朗將這些振動的微粒稱之為“分子”。

· 尺度小并非是分子和原子難以被觀察的唯一原因，還有一個重要問題是它們并非靜止不動；自由運動的分子和原子具有超凡的速度，以至于它們會多次極速地沖撞那些同樣精力充沛的鄰居，在海平面高度下，室溫條件的一個氧氣分子在一秒內(nèi)會被它的同伴撞擊超過十億次。

· 直到1803年，才由英國化學家道爾頓提出了正式的原子論，而直到1905年，才由愛因斯坦通過對布朗運動進行數(shù)學分析，論證了分子與原子的存在。

2.因熱而舞

· 在原子尺度，所有顆粒都一直在運動，物質(zhì)普遍存在的這種熱運動是最沒有規(guī)律可言的運動之一，這與真實世界中的隨機性非常接近。

· 到了原子層面，“熱”是一種粒子之間相互碰撞傳遞的能量，熱量越多，粒子碰撞的活躍度就越高；溫度也是一種熱效應，當不斷增加的熱量加速了汞原子的振動時，它們就被迫需要擴張，因此水銀溫度計中的溫度和汞平面都上升了。

· 對于人來說，原子這種因熱而驅(qū)動的舞蹈在原子層面上維系著人的呼吸與生存；人身體的2/3都是由含氫水分子構成的，一個68千克的成年人的身體的大部分，都是由緊貼在一起的4.5千克的氫和80磅36.3千克的氧組成的。

3.人與環(huán)境之間的氫交換

· 兩粒氫原子騎在一粒氧原子上，占據(jù)的是氧原子同一邊半球相對的兩個位置，氫原子這樣的排列方式使水分子形成輕微的偶極，兩端電荷相反，從而給水分子帶來很多奇特并能維持生命的性質(zhì)。

· 在水分子這個“米老鼠腦袋”上，耳朵的位置具備輕微的正電性，而臉頰處則是輕微的負電性，這種不對稱性就使得水分子間傾向于以耳朵靠臉頰的方式相互吸附；盡管這種被稱為“氫鍵”的作用力比起構成分子的共價鍵弱得多，但它們對人和整個世界的影響卻是深刻的。

· 人的皮膚表面的溫度促使汗水中的分子運動加劇，于是液態(tài)分子轉化為氣態(tài)粒子，汗水也就因此而揮發(fā)；熱量破壞的氫鍵越多，獲得自由的水分子也就越多，水分子的逃逸過程將身體的熱量帶到了空氣中，從而讓人能夠保持涼爽。

· 寒冷的清晨，人呼出的氣在嘴唇不遠處的稀薄空氣中形成一團“白霧”，只是因為嚴寒使得呼吸氣體的熱運動減緩，氫鍵更有效地將水分子拉攏到了一起。

· 當人的頭發(fā)吸收或釋放水分子時，毛發(fā)纖維中的蛋白質(zhì)也會跟這些過客做一些氫原子交換，人的頭發(fā)會和空氣共享氫原子。

· 氫原子持續(xù)不斷地在分子間進行重組，因為聯(lián)結它們與氧原子的共價鍵，盡管強度很高但卻變化無常；這些原子在構成水時，可以緊密相扣，但也可以自行解開重組。

· 同位素協(xié)助科學家們追蹤原子在人身體里流進流出的過程；它們與常規(guī)的同位素存在著微小差異，但差異并不足以在元素周期表上以新元素的名義將它們標記。

· 氘是一種天然存在的氫同位素，它在宇宙大爆炸發(fā)生后的不久便產(chǎn)生了，其含量相對于正常的氫來說并不算多；它與正常的氫原子之間的差異，只是在原子核的質(zhì)子以外多了一個中子。

· 相比于空氣交換，地下水中的原子轉化為身體水分或固體結構是一個緩慢的過程，例如毛囊需要一周的時間才能將環(huán)境中的氫原子沉積到正在生長的發(fā)根，不過這個過程一旦發(fā)生便是永久的。

· 人身體中固體部分氘同位素的豐度反映了你所喝水的同位素構成，從而又進一步反映了水源地的氣候狀況；頭發(fā)就記錄著生長環(huán)境中的原子分布，也揭示了其與本地水源之間的物理關聯(lián)；對單一頭發(fā)絲內(nèi)固定間距的氘濃度進行分析，可以確定這一個人何時搬去了另一個地方。

· 一個血糖分子包含了12個氫原子與6個氧原子，它們圍繞在一個碳環(huán)周圍，而肌肉中那些強韌的纖維，也是由這些元素構成的；組織結構中大多數(shù)氫都可以追溯到血液，但其中的1/4到1/3，都來自一年內(nèi)所喝的水。

4.水分子的人體之旅

· 人的細胞內(nèi)部到處充斥著布朗運動，而這是將物資與廢棄物搬運到指定地點的動力，不斷舞蹈的水分子產(chǎn)生的沖擊壓，協(xié)助基因與蛋白質(zhì)折疊，并保持適當?shù)男螤睿簧踔聊切o法游泳的致病病毒，也是在水分子的熱運動推動下，與你的細胞進行接觸，隨后可能會進入細胞并將你感染。

· 原子與分子本身這種無休無止的舞蹈，對于由細胞而非同質(zhì)化的材料組成的人體而言更為有利；在細胞中，可以同時調(diào)動兩種運輸方式，不過是在不同的情形下，臟腑和血管把富含能量的大塊物資送抵有需求的地方，然后沒有成本的熱運動在那里推動物資采取隨機漂流的方式進入你的細胞內(nèi)部；熱運動的旅程必須很短，因為這種沒有目的性的運動所需要的時間與距離的平方成正比。

· 布朗運動這種短途搬運做出了非常出色的貢獻，我們將其稱之為“滲透”（對于水）或“擴散”（對于其他分子），食物、空氣和各種流體都是在這一運動的驅(qū)使下進入或離開細胞，并且?guī)缀醪粫氖裁茨芰俊?/p>

· 一串緊緊相連的蛋白質(zhì)將細胞的一角與鄰近的細胞連接起來，這是驅(qū)動蛋白；水分子不停沖擊著驅(qū)動蛋白，而其中的荊棘狀結構則確保物質(zhì)順著驅(qū)動蛋白形成向前的凈移動；通過這種方式，由熱力驅(qū)動的驅(qū)動蛋白協(xié)助向細胞提供內(nèi)部工作所需的物資。

· 消化酶的形狀獨特，可以抓住糖分子，隨后通過使其彎曲的方式將其切碎，消化酶的形狀并非只是它本身的特征，而是通過與周圍的水的協(xié)同作用形成；酶的不規(guī)則表面上存在著微弱電荷，可以吸住貼在它表面的水分子，這樣就會使得酶的一部分向外扭曲，并迫使另一部分向內(nèi)彎曲，從而將酶塑造成最合適的形狀，使其能夠完成切割食物的工作。

· 進入到細胞中心的大量氫原子核都被困在線粒體周圍，看上去渴望逃脫，卻被一層特殊的薄膜擋住了；薄膜的表面是一些細小的孔道，迫使它們只能從孔內(nèi)流過，并上交儲存的內(nèi)能，供其他地方使用；對于恒溫動物，線粒體還能夠生產(chǎn)熱量確保布朗運動在恒溫狀態(tài)下進行，以協(xié)調(diào)細胞內(nèi)物質(zhì)搬運及相互作用的速率。

5.原子傳承的三個案例

· 含氫的角蛋白不僅可以構成頭發(fā)，同時還可以構成喙、爪、蹄和羽毛等部位，所以野生動物學家可以通過對氘的測定，確定動物的遷徙軌跡，因為它們的角蛋白中印刻著飲用水留下的原子指紋。

· 相比于地下水來說，仙人掌花蜜中含有更多的氘，因為植物在空氣干燥的沙漠中容易失去大量水分；當仙人掌花在雨季到來之后盛開，鴿子們飲用的花蜜超過了飲水量，連續(xù)吸食幾天花蜜后，鴿子體內(nèi)的氘便會富集；在這之后，仙人掌果實成熟，鳥兒們又開始吃果肉和種子，飲食結構的這種變化進一步提升了體液中的氘含量。

· 在潮濕的季節(jié)，埃瓦索恩吉羅河的氘含量會迅速降低，因為多云多雨的氣候會減緩河水的蒸發(fā)，并對其進行稀釋；作為響應，象群的尾毛及新生角蛋白的氘含量也會下降，速度幾乎與河水同樣迅速。這是大象從當?shù)厮粗谐掷m(xù)獲取氫原子并形成毛發(fā)蛋白質(zhì)的結果。

· 費舍爾通過測量古象長牙中氧18與氧16之間的比例，革新了對乳齒象的研究方法，而乳齒象是一種在最后一次冰川期后不久遍布于北美大陸的動物；象牙的切片上有同心環(huán)，通過將樣品研成粉末并分析含氧量，費舍爾測定了每一層同心環(huán)的相對同位素豐度；溫暖的條件會使較重的氧18傾向于更加富集，分析結果表明，這些動物所飲用的水溫也在周期性地升降。

6.氫——生命的始祖

· 從太空中看，我們的地球主要呈現(xiàn)藍色、白色與綠色，幾乎所有顏色都歸功于水分子；藍色區(qū)域代表的是快速振動的水分子，振動速度快到足以讓其維持液態(tài)，氫鍵能將它們束縛在大氣層之下。

· 白色的云層是冷卻的水滴，氫鍵的特有黏性將蒸氣分子從熱運動更快的空氣中拽了出來；白色的雪與冰中的分子振動緩慢，氫鍵將水分子凍結成了多孔晶體晶格，并且它們能漂浮在水面上。

· 綠色區(qū)域同樣代表了水的存在，植物每年可以將61440立方千米的地下水蒸騰到大氣中，幾乎每4個月就能將五大湖的水消耗干凈，超過世界上所有河流的年度徑流總量；森林、田地及草原的蒸騰作用形成了這個星球上最大規(guī)模的淡水循環(huán)。

· 緊密聯(lián)系空氣、海洋與植物的是持續(xù)進行氫核聚變的太陽；如果太陽消失，光合作用會停止，但在氧氣遠未耗盡之時，我們就會因為干渴或寒冷而死。

· 充滿蒸氣的金星比我們更接近太陽，上面的水分子振動異常快速，氫鍵已經(jīng)不能將它們鎖定在液態(tài)；火星上的景象剛好相反，太陽的熱量不足以激發(fā)分子快速振動，故火星上的水幾乎都是固態(tài)。

· 地球之所以能養(yǎng)育這些我們熟知的生命形式，是因為地球軌道與太陽的距離恰到好處，水分子隨著海拔、緯度與季節(jié)的不同，可以在氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)之間變換；地球表面的熱運動被調(diào)整到這樣一個狹窄而又偶然的溫度范圍中，甚至1攝氏度的溫差就可以將雨變成雪，或?qū)⒑磧龀杀?/p>

三、創(chuàng)造與毀滅——鐵

· 愛因斯坦證明了太空中的爆炸與我們身體之間的聯(lián)系，他那著名的公式：E=mc^2，把質(zhì)量和能量用等號連接起來，從而能夠幫助我們理解那些垂死的恒星是如何產(chǎn)生生命元素的。

· 鐵是恒星殺手，可能是宇宙中最具破壞力的元素，同時人的身體將它用作從空氣中收獲氧氣的工具，也將它用作阻擊微生物入侵的武器。

1.鐵的非凡特性

· 鐵在元素周期表中排第26位，宇宙豐度（宇宙中各種元素的相對含量）排第6位；在人體內(nèi)，它比其他的大多數(shù)元素都更重；它攜帶26顆質(zhì)子和30顆中子，巨大的原子核拴住了一層密密的電子云，從而可以與其他原子之間形成多重鍵。

· 在與其他原子接近時，鐵通常會貢獻或共享最外層的一些電子，有時也會從鄰近的原子那里搶奪電子；將鐵暴露在空氣中足夠久的時間，它就會與氧“交易”而腐蝕成為銹跡斑斑的氧化物。

· 鐵原子的另一個潛在合作伙伴是碳，一般在鐵中含有2％或更少的碳時，鐵會硬化形成鋼；鐵強而韌的特性源于鐵原子類似滾珠軸承的能力，鍵合力將它們束縛在一起，但又讓它們在被擠壓或拉拽時能夠在彼此周圍相互滑動，這種既強且韌的鍵合力是由電子云的相互作用產(chǎn)生。

· 如果將鐵棒兩端通上電，電流便會像水通過水管一樣通過鐵棒，因為金屬內(nèi)的自由電子形成的松散“海洋”可以不受約束地在原子之間流動；而如果將鐵棒放置到強磁場中，它便可以吸引羅盤的指針，因為鐵原子外層的電子移動性很強，會根據(jù)磁場各自排列出自旋方式進行匹配。

· 現(xiàn)代的新型超磁體利用的是金屬釹這類非常重的稀土元素，它將鐵的電子排列進行統(tǒng)一與穩(wěn)定，這就讓磁鐵可以變得更小。

· 制造業(yè)、運輸業(yè)及建筑業(yè)所使用的鋼鐵，主要都是由礦石煉制而成，而人體里的鐵，卻可以追溯到分散于土壤中的磁鐵礦與赤鐵礦顆粒，還有一少部分來自花崗巖與玄武巖中的輝石、云母等礦石，還有一些鐵是天外來客。

· 當流星發(fā)出光芒而消逝的時候，它所攜帶的原子并沒有真的消失，而是以更分散的形式留在空中；大多數(shù)隕石金屬在大氣中解體，形成數(shù)英里厚的煙霧，圍繞在地球表面；每年大約有10萬噸的太空塵埃會沉積到地面、海洋表面或是屋頂上，其中有鐵，還有硅酸鹽礦物質(zhì)以及來自彗星的冰。

2.來自恒星的遺產(chǎn)

· 對于人體內(nèi)的元素，除了氫是在宇宙大爆炸之后不久凝聚而成的，其他所有的元素都跟恒星衰亡有關；在Ia型超新星中，一顆恒星從相鄰的伴星吸取物質(zhì)，在超過極限后發(fā)生爆炸；在II型核心坍縮超新星中，質(zhì)量數(shù)倍于太陽的恒星因燃料耗盡而自行坍縮，隨后爆炸；質(zhì)量非常巨大的恒星會發(fā)射物質(zhì)與反物質(zhì)顆粒，兩者接觸時會發(fā)生湮滅，最終的歸宿則是不穩(wěn)定對超新星。

· 蟹狀星云便與太陽系形成前的狀態(tài)頗為相似，它是一場橫跨萬億英里的灰燼風暴，曾經(jīng)屬于一顆質(zhì)量相當于8-16個太陽的恒星；對發(fā)光的點、線條與塵霧進行光譜分析后發(fā)現(xiàn)，星云中含有的物質(zhì)主要是氫、鐵和其他一些元素。

· 南極冰川中的氮氧化物的濃度有過幾次突躍，最可能引起這種全球性同步脈沖的原因就是，超新星輻射出的宇宙射線將空氣中的氮氣分子氧化，隨后又沉積到了地球上。

· 證據(jù)表明，太陽與地球的發(fā)祥地位于蟹狀星云的左側，那里很多顆恒星，圍繞這些恒星的煙霧主要是氫和氦，其中夾雜了一些粉末狀的冰以及含鐵礦石碎片。

· 當恒星剛剛產(chǎn)生之時，它將氫核聚合成氦核，釋放出巨大能量；太陽也在持續(xù)不斷發(fā)生著核聚變，每一秒鐘都會將數(shù)百萬噸的物質(zhì)轉化為熱量、可見光以及其他形式的能量。

· 宇宙學家對太陽系形成前的細節(jié)尚有爭議，但是地球上富含鐵元素的事實表明，至少曾經(jīng)有一顆核心坍縮超新星，用它自己毀滅時留下的殘骸，為我們太陽系的誕生播下了火種。

· 遠古超新星的起源是一顆恒星，在它制造新元素以前的數(shù)百萬年里，一直進行著氫氦聚變；當星體核心的溫度飆升至數(shù)百萬攝氏度時，碳核（頭發(fā)和肌肉）開始形成；在星核的外圍，氦與碳發(fā)生聚變，并產(chǎn)生大量氧核（基因和蛋白質(zhì)）；硅核在接近星體中心的位置聚集（骨骼）。

· 核力比重力要強上萬億倍，但只能在極短的距離內(nèi)起作用，而且在原子核變大了的時候，質(zhì)子相互之間的斥力會對核力產(chǎn)生明顯抵消作用。

· 當孕育太陽系的那顆恒星開始熔鑄鎳核時，其內(nèi)部便會出現(xiàn)類似的不穩(wěn)定態(tài)，鐵核會迅速產(chǎn)生，越過了這一臨界點后，過大的鐵核發(fā)生聚變時就難以產(chǎn)生足夠的熱量以支撐起星體。

· 過多的質(zhì)子很難在較大的原子核中繼續(xù)守住它們的位置，因此含有大量鐵原子核的等離子體不斷增加，消耗的能量逐漸與新產(chǎn)生的能量持平；星體開始因自己產(chǎn)生的灰燼而“窒息”，直到失去與重力對抗的力量時，內(nèi)核便突然發(fā)生坍縮。

· 坍縮后的爆炸的在沖擊波橫掃的星云時，其自身也會誘發(fā)短暫的核聚變，一部分磷核會通過這種方式產(chǎn)生，金元素、稀土元素以及其他比鐵重的原子都會在這短暫存在的爆炸里首次出現(xiàn)。

· 太陽的誕生多虧了鐵；沖擊波在鄰近星體高能沖擊波的協(xié)助下形成旋轉的星團，一些更為致密的星團所產(chǎn)生的引力吸取了足夠物質(zhì)，從而引發(fā)新的核聚變；死亡的沖擊波，卻點亮了一些新生的恒星，包括太陽。

· 地球的誕生要歸功于鐵；當新生的太陽從它誕生的星云離開時，一些碎石形成緩慢旋轉的盤狀體環(huán)繞在周圍，逐漸通過水分、磁力、引力或靜電吸引聚集起來；當早期的地球成長到足夠大時，其自身的重力便將其塑造成了球形，內(nèi)部是密實的金屬核，外層的地殼則是薄薄的一層巖石。

3.藍皮膚的人

· 一種罕見的隱性基因?qū)е掠行┤说钠つw是藍色的，藍色皮膚跟血液中一種含鐵的血紅蛋白有關。

· 血紅蛋白一般呈鮮紅色，當其中攜帶的鐵元素失去電子時，它就會變成土褐色，這種形式被稱作高鐵血紅蛋白或met-H，而失去顏色的分子也同時失去了有效攜帶氧氣的能力，除非電子重新恢復平衡；藍色皮膚的人缺少一種功能基因，以致不能產(chǎn)生用于恢復電子平衡的酶，故而血液中比平常人含有更多的met-H。

· 透過灰白色的皮膚觀察，我們常?？吹窖鼙诔尸F(xiàn)藍色，因此會讓人誤以為脫氧的血液也是藍色的，深埋于皮膚下的紅色或棕色會轉變成藍色。

· 卡維因?qū)λ{色皮膚的病人的治療方法很簡單，需要做的不過是給血液中的鐵提供一種電子給體，一種無害的染料“亞甲基藍”就可以起到這種作用。

4.鐵與血之間的秘密

· 往鐵里面加入少量的碳可以使鐵變成鋼，強度得到提升，而在身體中，向碳化合物中加入一點鐵，可以讓人的細胞更好地發(fā)揮清理、運輸、產(chǎn)生能量及免疫等作用。

· 血紅素中由碳和氮原子構成的五元環(huán)及六元環(huán)可以與可見光發(fā)生共振并吸收掉其中一部分，從而顯現(xiàn)出各種不同的顏色；擦傷中的黃色或橙色，就是源于這些分子環(huán)被破壞后的血紅蛋白，被稱為膽紅素，尿液的金黃色則大多源于膽紅素的進一步分解。

· 血紅素攜帶著人體中大部分的鐵，圍繞在其中心的是四個碳-氮環(huán)，每一個環(huán)都有一個氮原子指向內(nèi)側；當血紅素在中心的位置掛上一個鐵原子后，便可以從肺部接收氧氣，并將氧氣送達人體內(nèi)的任意部位。

· 當血紅素位于血紅蛋白隆起處頂端時，血紅蛋白通過分子的卷須將氧氣分子從上方壓住，會有助于在艱難通過血管之時，保持氧氣穩(wěn)定。

· 血紅素攜帶著活性鐵原子結合在細胞色素上，這是一種有別于血紅蛋白的蛋白質(zhì)，其中一部分駐留在你的線粒體中；血紅素上的鐵可以通過細胞色素傳遞電子，從食物中獲取化學能。

· 在人體內(nèi)，大約有1/3的鐵存在于血紅蛋白與肌紅蛋白以外的分子中；含鐵的蛋白質(zhì)可以構建并修復你的基因，代謝藥物及毒劑，幫助產(chǎn)生激素，并且很多酶會將鐵作為分割利器。

· 鐵最具生物活性的狀態(tài)被稱為二價鐵，它很容易將電子轉移給其他原子或分子，因此二價鐵可以在某些細胞中的化合物跟前形成腐蝕性的自由基分子，損壞組織，并在傷口的位置妨礙血液凝結。

· 大多數(shù)鐵都被血紅素或其他分子束縛住了，纏繞蛋白可以包裹或直接吞噬鐵原子，其中最主要的是鐵蛋白，專門在細胞內(nèi)部將鐵隔離，轉鐵蛋白可以在細胞之間傳遞鐵。

· 免疫系統(tǒng)的第一道防線讓入侵者斷糧斷補給，簡單地用血紅蛋白和其他物質(zhì)將血液中的鐵鎖住，不讓細菌的酶得到它們，這不僅讓人遠離鐵的副作用，也可防止病原體利用它們來傷害你。

· 細菌基因中的蛋白質(zhì)攻擊人體細胞是為了讓它們釋放含鐵的分子，一種被稱為“鐵載體”的細菌產(chǎn)物，是與鐵結合力最強的幾種已知物質(zhì)之一，它們像將鐵化合物吸收并控制，直到饑餓的微生物將它們整個吞噬。

· 乳鐵蛋白將游離鐵的碎片全部清掃，并在細菌身上鉆孔，殺滅它們；噬鐵蛋白躍到鐵載體的“鐵海綿”之上并將其覆蓋，因此細菌就不能識別和吸收鐵載體了。

5.關于鐵的反思

· 鐵依然是世界上使用最廣泛的一種金屬，只不過多數(shù)是以鋼的形式；根據(jù)世界鋼鐵協(xié)會的統(tǒng)計，2012年，僅中國就生產(chǎn)了超過7億噸鋼材，占全球總量的一半。

· 就像鐵會從正反兩方面影響恒星與細胞一樣，通過用其制造的越來越高級的，或用來創(chuàng)造或用于破壞的工具，鐵也將繼續(xù)服務或傷害我們。

四、生命之鏈——碳

· 燃燒煤炭、石油及天然氣會向空氣中排放更多的二氧化碳，因此我們后代身體中也會有更多的碳來源于化石能源,因為植物會從空氣中吸收二氧化碳，于是燃燒化石能源向大氣中排放的碳，最終會通過全球的食物鏈進入我們體內(nèi)。

· 空氣中大約1/4的二氧化碳都與人類活動有著密切的關系，有些是直接相關（燃燒化石能源），有些則是間接相關（海水中的二氧化碳很容易與我們釋放到空氣中的那部分進行交換）。

1.沒有人是一座孤島

· 人的每一條肌肉纖維、每一克脂肪與血糖、每一根骨頭以及每一段基因，都是由碳原子搭建的框架，這些碳原子來自空氣，但空氣中的碳原子卻十分稀少。

· 海洋中含有的二氧化碳大約是空氣中的50倍，而生物體內(nèi)攜帶的碳元素則相當于大氣中的2-4倍；一個成年人體內(nèi)平均含有13.6-18.1千克的碳原子。

· 一個典型的碳原子核中有6個質(zhì)子與6個中子，有4個成鍵電子，可以與其他原子之間形成強力的共價鍵；任何一個碳原子都可以抓住兩個同伴或是連著兩個不同的原子嵌入一條長長的分子鏈中，通過這種方式，同樣的碳原子可以是無數(shù)分子的構成部分。

· 有害物質(zhì)可能會伴隨著那些碳原子，成為人身體的一部分，例如自然界的煤通常含有少量水銀，這會導致人的汞中毒。

2.自然界的流通貨幣

· 含碳化合物有一個共同的特征，那就是都可以被分解，這個過程可以是微生物降解，也可以是被消化，最簡單的方式是加熱。

· 專家估測，每年大約有1200億噸碳原子會通過植物莖葉完成循環(huán)，大約相當于大氣中氣態(tài)碳原子總量的1/6；很多碳原子并沒有發(fā)生變化，又重新擴散到了空氣中。

· 人所吃下去的大多數(shù)含碳化合物，都會變成保持身體機能和恒定體溫所需的能量，其中只有大約1/10會成為構建身體的材料；在細胞的“代謝工廠”中，碳原子在食物分子中發(fā)生松動，成為二氧化碳后自由飄蕩，隨著每一次呼吸而被釋放。

· 人的呼吸循環(huán)是一曲非常復雜的二重唱，一個聲部是氧氣消耗的一系列過程，而另一個則是含氧食物的分解過程，所以護送碳原子從人的血液中出來的氧原子，大都不是人剛剛吸入的那些。

· 人體內(nèi)的細胞在不斷進行修復與置換，很多有機物會在你體內(nèi)消化酶的“咀嚼”下被終結，然后隨著其他從食物里產(chǎn)生的廢氣一起從肺部排出。

3.CO2的穹頂之下

· 城市居民與機器制造出的富碳氣體罩被稱為 “城市CO2穹頂”，它其實更像是一個沒有橡膠層的氣球，內(nèi)部充滿了人們呼出的富碳廢氣；其密度一般比空氣更大，因此更傾向于貼在整個城市的地面上，形成無定型的隆起；模糊的邊界會化掉并隨風飄散，底層則會不斷補入廢氣。

· 帕塔基發(fā)現(xiàn)鹽湖城的穹頂內(nèi)每天都會出現(xiàn)兩次CO2濃度井噴的現(xiàn)象，第一次是在黎明前的幾個小時，是由寒夜里的天然氣取暖所致，而第二次是在傍晚，因為上班族們被堵在了路上。

· 大氣中大部分二氧化碳，依次來自生物圈、火山噴發(fā)與海洋逸散，但是在城市CO2穹頂中，大約有1/4來自化石燃料。

· 火山排放出的CO2不足人類排放的百分之一，我們排放3天，就相當于全世界的火山排放1年。

4.令人震撼的CO2濃度地圖

· 經(jīng)濟學家與政治家可以根據(jù)CO2濃度圖評判國家運行是否健康，經(jīng)濟衰退期間碳排放的減少，而隨著經(jīng)濟的恢復，CO2曲線又爬升到了之前的水平。

· 世界上規(guī)模最大的城市工業(yè)CO2穹頂集中在北半球中緯度地區(qū)，但是在化石能源時代以前，相對多地少海的北半球而言，海洋的上升洋流會造成南半球的CO2濃度有所富集，如今這種不平衡已經(jīng)發(fā)生了逆轉。

· CO2分子與紅外線的頻率之間存在共振，從而使得這種氣體具有超強的熱量獲取能力，這是CO2會使大氣變暖的原因之一。

5.化石燃料是我們深埋在地下的親戚

· 煤炭也許是死去很久的樹木、草和苔蘚，經(jīng)過漫長地質(zhì)年代的分解，深埋于高溫高壓的地下，重構之后的植物殘存組織只留下環(huán)狀緊扣的碳原子和一些生命元素，兩者比例為9:1；碳原子采用蜂窩形式緊密堆積，曾經(jīng)棕色或綠色的纖維組織也逐漸變成深黑色的石塊。

· 石油是液態(tài)的，其中流淌的是一些富含碳原子的分子鏈；藻類將它們的碳原子構建成不親水的油滴，相當于人類體內(nèi)的脂，當它們死亡之后，細胞會沉積到海床上，被反復擠壓熬煮，最終純化成為可燃的液體。

· 三大化石燃料的最后一種是天然氣；甲烷分子是單個碳原子結合了4個氫原子，而丙烷是一條短短的碳鏈，上面也布滿了氫原子；新近被掩埋的植物及浮游生物會滋生細菌并產(chǎn)生天然氣。

· 深埋地下的化石性碳含量大約是目前碳循環(huán)過程中碳的2倍。

6.用碳13追蹤人與世界之間的聯(lián)系

· 科學家們從南卡羅來納皮迪河的海相沉積物中挖掘箭石（一種軟體動物）化石，研磨并清洗之后，發(fā)現(xiàn)這些石灰石中，較重的碳-13同位素與普通的碳12原子含量比為1.11％，這個值被用來作為國際碳同位素標準。

· 如今箭石已經(jīng)耗盡，因此在1994年一個新的標準被啟用，即VPDB標準（維也納-皮迪箭石），以此作為同位素基準，用于測量所有含碳對象，其中也包括人類。

· 煤炭、石油和天然氣的那部分由光合作用而來的碳，其中的碳-13含量比水與空氣中的含量低；通過改變大氣與海洋之間的平衡，燃燒化石能源排放的氣體降低了地球上所有生物的碳-13含量。

· 喜歡快餐的美國人頭發(fā)中碳-13的含量比歐洲人多，一部分原因就是美國飼養(yǎng)的牛多數(shù)以玉米為食；相比芬蘭人與瑞士人，葡萄牙人碳-13的數(shù)值也更高些，可能是因為他們的食譜中有更多的海鮮，他們消費的蔬菜與谷物也生長于干燥溫暖的地中海氣候中。

· 二氧化碳如果攜帶較重的碳-13同位素，在進入植物及浮游生物的細胞時會更為困難，因此遠古森林及海洋的沉積物，其碳-13的濃度都比當時的大氣中低。

五、地球之淚——鈉

· 很多昆蟲落到其他大型生物或東西上時，都是為了舔食鹽水，比如以汗為食的蜜蜂和以淚為食的蛾子。

1.鈉為何對動物有神奇的吸引力

· 在人類有五種基本味覺——酸、甜、苦、辛、咸中，甜、苦、辛三種味覺都是由相對復雜的有機物引起，酸味則來自含氫離子的酸性物質(zhì)，只有咸味源于單一的元素——鈉，一種來自巖石與土壤的元素。

· 鈉原子核中有11個質(zhì)子和12個中子；如果人的體液中沒有足夠的鈉，那么大多數(shù)細胞都會膨脹而死；如果鈉的含量太高，細胞則會干癟。

· 蔬菜中含有大量的鉀，因為植物通過它維持細胞中的水分平衡，并操控葉片中氣孔的開閉，而鈉在大多數(shù)植物中都不常見，因為植物不能像我們一般使用這種元素。

· 黏土不能被消化，它們是由玻璃質(zhì)礦物形成的鱗片，在人的消化系統(tǒng)中扮演的角色就是短暫停留的海綿質(zhì)；不受歡迎的分子傾向于吸附在黏土的鱗片表面，這會降低它們的危害，也更容易被排出。

· 一對對雌蛾與雄蛾（會在泥塘吸取礦物質(zhì)水）被放入條件受控的箱子中，在完成約會之后，雄性伴侶剛剛光顧過泥塘的那些雌蛾，體內(nèi)的鈉含量遠遠高于那些配偶不曾去過泥塘的雌蛾；那些雄鵝在約會之后，體內(nèi)的鈉含量則降到原先的2/3；鈉是這些鱗翅目生物交配過程的一部分。

· 收到鈉鹽大禮的雌蛾，產(chǎn)下的卵中也會含有更多的鈉，這說明每一只被求過愛的雌蛾都會拿出婚禮所得的1/3到1/2，隨著基因一起交給下一代。

2.鈉與氯，幾億年的戀愛

· 人體內(nèi)的大多數(shù)氯原子都來自火山灰以及超高溫的熔巖，而人體內(nèi)的鈉最初則是從凝固的巖漿或熔巖風化而來。

· 水分子中位于同側的一對氫原子帶有微弱正電荷，處于中間的氧原子則帶有微弱負電荷；由于溶液中的鈉離子攜帶正電荷，根據(jù)異性電荷相吸的原理，水分子中顯負性的一端就會將它們從礦物晶格中“誘騙”出來。

· 每個鈉離子都被六個水分子用負電荷端緊緊抵住。在這“第一層水合膜”之外，還有第二層水分子團，這使得陽離子的有效尺寸可以膨脹到原始體積的好幾倍。

· 鹽水的濃度不斷上升，隨著陪護分子的蒸發(fā)，其他溶解于水中的物質(zhì)也同樣遭遇了遺棄。其中數(shù)量最多的莫過于氯離子了，對于日益孤立的鈉離子來說，它們的吸引力也與日俱增。

· 大多數(shù)礦物中，氯離子都很難被鎖定在晶格中，這與鈉離子不同；氯原子通常會以氯化氫的形式從熔巖中逃逸，它們多數(shù)會隨著一縷縷火山灰飄浮在空中，溶解到雨滴中，并最終匯入大海。

· 海面逐漸萎縮，在越來越濃的礦物質(zhì)鹵水中，鈉離子和氯離子也在慢慢靠近。當最后一滴水也被蒸發(fā)之后，氯化鈉晶體便堆砌成一層層巖鹽。

3.如果你體內(nèi)的鈉消失了

· 在人的舌頭上分布著數(shù)以千計的味蕾，當鈉離子在人的嘴中溶解后，上面的微孔將一些陽離子迎了進來，觸發(fā)了你的神經(jīng)脈沖，而你的大腦便將此信號翻譯成鹽的味道。

· 人不能像在骨骼中儲存鈣那樣把鈉也儲存起來，人體只能對溶解狀態(tài)的鈉離子進行仔細監(jiān)控和調(diào)節(jié)；腎臟、結腸與汗腺負責管理大部分鹽分的排出，而當人吃或喝的時候，口腔中的味覺細胞則會幫助大腦控制該讓多少鈉進入人體。

· 咸味與苦味的感應細胞之間相互影響，這也可以用于解釋低鈉鹽中諸如氯化鉀的一些成分為什么會有偏苦的后味，而這可以起到降低其用量的作用。

· 實驗表明，人體缺乏鈉元素會導致體重下降、臉頰凹陷、味覺退化、呼吸困難、精力下降等癥狀。

· 一名成年人在沒有劇烈運動時每天會損失2.5到3升水，因此每天都需要進行補充，使身體中的水量維持在41升；如果在這個平衡關系中再考慮劇烈運動和高溫天氣，那么一天消耗7.5到11升水也很容易，這些水中會含有大約28克鹽。

· 在我人體失去1％到2％的水分時，細胞中的鈉感受器就會發(fā)出信號，讓人開始感到極度口渴；脫水達到10％至15％后，通常就會出現(xiàn)痙攣、精神錯亂，再嚴重的脫水就會致命了。

· 水和水中的溶質(zhì)會從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域發(fā)生凈遷移，這樣的遷移過程分別被稱為滲透和擴散，這兩種過程的動力都是原子的熱運動，而人的健康也依賴于這兩者之間非常不確定的關系。

· 細胞膜讓水分子比鹽的離子更容易通過，因此鈉離子主要依靠蛋白通道與離子泵（一類特殊的載體蛋白）才能穿過細胞膜。

· 鈉離子缺乏會引起紅細胞膨脹（滲透壓不平衡），使之不再能夠輕易通過狹窄的毛細血管，由此引起的堵塞會迅速導致全身缺氧，這會導致病人出現(xiàn)嗜睡癥狀。

· 人的眼淚則會通過類似過程讓人遠離感染；淚水中有一種溶菌酶，當空氣中的細菌落到你濕潤的眼窩中時，它們的細胞壁會在溶菌酶的作用下變得不堪一擊，不能夠抵抗?jié)B透壓膨脹。

4.神經(jīng)靠鈉離子波傳遞信號

· 在人的神經(jīng)細胞網(wǎng)絡中，并不是靠電子快速傳遞形成電流，而是一種擾流，而驅(qū)動這些擾流的，主要就是鈉離子的熱運動。

· 神經(jīng)脈沖的傳遞要靠大量微型通道的開啟閉合；一個神經(jīng)元可以攜帶數(shù)百萬個這樣的通道，每一條通道都是被蛋白質(zhì)包圍的小孔，鈉離子周圍的水分子層則會被這些蛋白質(zhì)撕開，并開啟一條定制通道，寬度恰好可供鈉離子擠過。

· 通道打開后不到一秒鐘就會被再次關閉，數(shù)千個鈉離子趁機擴散進入神經(jīng)元；這一過程引起周圍的通道紛紛效仿，直到擴散的鈉離子流抵達神經(jīng)細胞的末梢，信號在那里傳遞給其他神經(jīng)元或肌肉細胞，它們可以繼續(xù)傳遞信息或是對信息做出反應。

· 氯離子通道有助于調(diào)節(jié)神經(jīng)元中的電荷平衡，而位于神經(jīng)下游末端的鈣離子通道則有助于向鄰近的細胞傳遞信號。

· 鉀離子會和鈉離子在神經(jīng)元中交換，鉀離子也是內(nèi)耳神經(jīng)的主波離子。

· 在休息時，身體中有1/5的能量都是為神經(jīng)系統(tǒng)提供的，其消耗的氧氣也占到呼吸總量的1/5。

· 相對溫和的墨西哥辣椒形成的明顯灼熱感是一種味錯覺，那是因為辣椒素會在口腔中騙過你的鈉通道，讓它們發(fā)出灼熱和疼痛的信號；如果是火辣的哈瓦那辣椒，那么你口腔中那些受騙的神經(jīng)元就會一起咆哮，迅速打開鈉通道，就像你剛剛吞了一塊火紅的炭似的。

· 人的汗水和淚水之所以是咸的，是因為它們來自咸味的淋巴液，它們從血管中滲透而來；淚水中的滲透平衡，與血液和淋巴間的平衡作用類似。

六、生存、毀滅和來自空氣的面包——氮

· 哈伯開發(fā)了以氮為原料制造化肥與炸藥的工藝，作為發(fā)明人，他需要為數(shù)百萬人的死亡負責，但他也為20世紀幾十億人能吃飽肚子做出了很大貢獻。

1.天空為什么是藍的

· 氮氣在空氣中的比例達到了78％；與組成剩余絕大部分空氣的氧氣相同，氮氣分子也是由兩個同樣的原子，即氮原子構成。

· 雖然人需要氮原子來構建人體并維持機體的運行，但人卻不能像吸入氧氣那樣，簡單地靠吸入氮氣來滿足供應，人只能通過吃來補充氮元素。

· 大氣中的其他分子也會通過共享一個或多個電子形成共價鍵的方式兩兩結合，但不會像氮氣這么牢固；氫氣分子是依靠單鍵組合，氧氣分子則是雙鍵，但氮氣中的兩個原子卻是采用超強的三鍵結合在一起，因此一旦它們形成以后，就很難再被分開。

· 當人類視網(wǎng)膜暴露在藍光之下時，褪黑素的產(chǎn)生會受到抑制，而褪黑素是一種誘導睡眠的激素；人對這種透過“天空濾鏡”照過來的陽光有反應，才會在白天下意識地保持警惕；電腦屏幕、電視和其他類似鐘表底光的人工照明發(fā)出的藍光卻可能造成很多疾病，例如抑郁和失眠。

· 大氣主要由氮氣與氧氣分子構成，它們的直徑比可見光波長要小得多，因此當陽光照射過來后，它們便會將陽光散射到四面八方；它們會散射所有顏色的光，只不過波長較短的光，即藍光和紫光會更為明顯。

· 人的眼睛對紫色的敏感程度不及藍色，在晴朗的中午，天空光中實際上只有1/5的光線是真正的藍色。

· 電子相對于原子核的運動會產(chǎn)生電磁擾動，其波長或者說其顏色與入射光的波長有關；空氣分子同時會與很多光波產(chǎn)生這樣的作用，但它們對藍光與紫光的散射作用比其他顏色更明顯。

2.空氣中的氮如何轉化為我們的肉體

· 人體中的碳水化合物和脂質(zhì)主要由三種元素構成，也就是構成二氧化碳和水的碳、氫、氧，但要想形成幾千種蛋白質(zhì)維持生命，還需要將氮加入其中。

· 人肌肉干重的10％～15％都是氮原子，而在人血液里的血紅素中，是四個氮原子搭建成一個搖籃環(huán)抱著一個鐵原子；人體中所有的酶、抗體和基因都含有氮原子，神經(jīng)元中的離子泵還有鼻子中的軟骨也不例外。

· 但全球最主要的固氮微生物是各種各樣的藍細菌和土壤細菌，它們能把氮氣分子致密的電子云拆解開，并利用這些被拆分出來的原子碎片做點別的事。

· 固氮細菌中的分子扳手是固氮酶，一種含鐵的酶；固氮酶會將氮氣分子一分為二，然后給每一個氮原子配上三個氫原子，從而形成在生物學上很有用途的氨；不同于一般化學物質(zhì)，固氮酶這樣的酶都非常穩(wěn)定，不會在反應中被消耗或中和。

· 閃電是值得關注的非人工氮源，閃電的厚度未必有你的拇指粗，卻比太陽表面的溫度還要高；超高溫度將氮氣分子從中撕開，這給了氧氣與自由氮原子結合的機會；每一次撕開空氣的轟擊都會留下一些氮氧化物，它們擴散到大氣中并隨著雨雪降落到地面，經(jīng)植物吸收后進入不同的食物鏈。

· 強烈的氣流主要是由高空中氮氣分子不平衡的熱運動所引起的，太陽照射帶來的升溫作用，讓原子在不斷上升而膨脹的空氣中加快了舞蹈節(jié)奏；當分子運動更快的熱氣流遭遇分子運動較慢的寒冷氣流時，由此產(chǎn)生的激烈沖突就孕育出了災難性的暴風。

· 這個星球上大約一半的生物質(zhì)氮元素，包括你身體中的大部分，都是通過燃燒化石能源從空氣中提煉而來；人工固氮工藝的最終產(chǎn)物，可以是從TNT（三硝基甲苯）到笑氣（一氧化二氮）的各種物質(zhì)，也可以是化肥（硝酸銨）。

3.能做面包也能做炸彈

· 哈伯發(fā)現(xiàn)了一種可以生產(chǎn)液態(tài)氨的方法：將氮氣與氫氣在高溫高壓下混合，利用鐵催化劑促進反應，這和細菌中固氮酶的反應方式非常相像。

· 哈伯和他的助手博施將前述反應進行放大，實現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)，也就是廣為人知的哈伯-博施合成氨法，從而將大氣本身變成了一座巨大的氮元素礦。

· 硝酸鹽可以利用自身的氧原子作為氧化劑快速起火，于是很平常的緩慢燃燒也會演變成野蠻的爆炸；將硝酸鉀、木炭和硫黃按照不同比例混合，可以得到各種形式的黑火藥。

· 18世紀時，法國化學家夏普塔爾命名了氮元素，而他起名的依據(jù)便是這種元素存在于硝石中。

· 當人消化食物中的蛋白質(zhì)時，氮元素最終會以尿素的形式被排出體外；細菌隨后會將尿素轉化為氨氣，進一步再將其氧化成適用于爆炸物的硝酸鹽。

4.科學天才與戰(zhàn)爭魔鬼

· 哈伯及其團隊在威廉皇家學院開發(fā)出的含氮殺蟲劑齊克隆B，最初用于保護農(nóng)作物，最終卻在毒氣室中被納粹用來處決了數(shù)百萬猶太人，其中也包括哈伯的一些前同事和遠房親戚。

· 哈伯-博施合成氨法無疑是將我們從古代細菌壟斷集團的限制中解放了出來；現(xiàn)在全球每年的合成氨產(chǎn)量已經(jīng)超過1億噸。

5.鮭魚洄游和氮的食物鏈輪回之旅

· 紅鮭魚一年一度的洄游，其實是從海洋溯流而上前往遙遠湖泊的長途遷徙，在那里完成產(chǎn)卵后便會死去。

· 氮有兩種同位素，其中一種略微重一些，所以向空氣中逸散的難度也會略微大一些，這點差異使得重同位素更易于在海洋中積累。

· 氮-15比氮-14多一顆中子，質(zhì)量也就略大一些，較重的氮-15比氮-14的振動略微弱一些，因此當它和其他原子之間構成化學鍵時，也就更為穩(wěn)定而不易被破壞。

· 在海洋食物鏈系統(tǒng)中，從被捕食者到捕食者的每一級，氮-15在器官組織中的含量都會有所提升；在紅鮭魚的身體組織中，氮-15的豐度超過大氣及地殼中的10倍。

· 植物用氮原子構造能夠捕獲光子的葉綠素，并因此成了綠色，此外也用它們構建酶、細胞壁以及香味物質(zhì)；葉片中的氮-15含量可以反映植物與溪流的距離，以及魚群密度和熊群規(guī)模等。

· 洄游的鮭魚體內(nèi)，可以檢測出多達70％的有機氯殺蟲劑類別，而在以魚為食的灰熊體內(nèi)，則可以檢出多達90％的有毒多氯聯(lián)苯物質(zhì)類別。

· 氮元素可以讓植物生長得更快更茂盛，因此有些研究者就將年輪作為鮭魚洄游規(guī)模的記錄；在過去的350年里，鮭魚洄游的規(guī)模起伏很大，即便在現(xiàn)代人類對其造成影響之前也是如此。

6.遠古人類的食譜

· 考古學家會通過對骨骼中最豐富的膠原蛋白進行氮-15同位素分析，從而構建出遠古人類的食譜；以海洋生物為食的人群相比那些以糧食或家畜為食的人群，體內(nèi)的氮-15含量會更豐富一些。

· 捕食者消化另一個生物體中蛋白質(zhì)的過程，體內(nèi)會傾向于留下更多較重的氮-15原子，這也使得捕食者體中的氮-15含量通常會比獵物更高，而這一原理也適用于我們?nèi)祟悺?/p>

· 遵循著古老的食物鏈原則，嬰兒體內(nèi)的蛋白質(zhì)中氮-15的含量會略微高于他們的母親，直到他們斷奶之后，同位素分布逐漸與今后將養(yǎng)育他們的更廣闊外界環(huán)境趨于一致。

· 用于固定氮的主要能源是大量不可再生的化石燃料，將這些食物運輸?shù)侥慵抑苓吷啼佒敝敛妥赖哪茉匆彩撬鼈?；這些代價高昂的含氮化合物在排放后，并不會被農(nóng)作物所吸收。

· 這些過程讓以人類為中心的全球氮元素循環(huán)出現(xiàn)了巨大缺口，而這個缺口只能通過能耗更經(jīng)濟的固氮技術和運輸技術填平。

· 除了給糧食作物提供養(yǎng)分以外，我們排放的含氮垃圾也給我們帶來了意外的后果，比如水藻暴發(fā)、酸雨酸雪和城區(qū)的有毒霧霾；它們甚至對氣候變化也有貢獻，因為氧化二氮是一種溫室氣體。

七、骨與石——鈣與磷

1.鈣與磷的傳奇

· 骨骼是維持生命的關鍵，它們保護著你的組織免遭沖擊，給你的肌肉提供支點與杠桿，讓你可以站立、行走、說話以及操控各種事物；它們還是鈣和磷的儲存庫，一種被稱作磷灰石的礦物形態(tài)構成了骨骼與牙齒中的大多數(shù)質(zhì)量。

· 磷灰石中的每一片微晶就像是原子堆積起來的珠子，主要由鈣原子和磷原子再摻入氧原子構成；晶格結構中的不規(guī)則性也給其他原子提供了空間，故磷灰石是已知礦物質(zhì)中最多變的幾種之一。

· 蛋殼、貝殼以及珊瑚礁中碳酸鹽膠結物，由鈣、碳、氧三種元素構成，而單獨的鈣離子可以幫助協(xié)調(diào)你的心跳，并有助于凝血功能；磷元素使你的基因骨架變強，并可以幫助你儲存或釋放食物中的能量。

2.你的骨頭是活的

· 在去除脂肪的骨骼干物質(zhì)中，大約有2/3是石質(zhì)的磷灰石，平均占成人體重的3％-5％，基本都隱藏在體內(nèi)不能被看到。

· 鮮活的骨骼會含有一些天然的添加劑，輕微弱化礦物基質(zhì)，而骨骼中的干物質(zhì)中有7％都是會溶于酸的碳酸根離子，這樣必要時你的骨骼可以很容易修復或重新定型，這也讓骨骼成了一座便攜式的采石場，當食物缺乏時，身體就可以從中調(diào)取鈣和磷。

· 磷灰石在牙齒外層堅硬的牙釉質(zhì)中形成較大晶體，相比于骨骼，它能夠更好地抵御磨損和化學腐蝕，這是因為牙釉質(zhì)含有的碳酸鹽比骨骼中更少，故而不容易被口腔中的酸性物質(zhì)溶解，還是因為氟原子填補到晶體結構的裂縫中，提高剛性的同時也使其更為穩(wěn)定。

· 唾液中一種叫作釉護膜的蛋白質(zhì)會在牙齒表面附著薄薄的一層，保護其免遭化學物質(zhì)的腐蝕，也能防止膳食中的鈣和磷與牙齒結合而像洞穴中的鐘乳石那樣生長；蛋白質(zhì)保護層也包裹了每一顆磷灰石晶體，避免發(fā)生斷裂。

· 骨骼各部分平均每年會替換掉其1/10的細胞，相對較軟的骨基質(zhì)可以幫助人的身體對人的生活狀態(tài)做出反應，重新排布原子。

· 在骨骼中的磷灰石內(nèi)部，也包裹著由膠原蛋白構成的“鋼筋”，這是一種強度巨大且富有彈性的蛋白質(zhì)，給你的跟腱和韌帶安上彈簧的也是它們。

· 骨頭表面其實是蜂窩狀的，分布著微型的空腔、通道和管道，而且密質(zhì)骨中看上去是固體的物質(zhì)上其實卻很潮濕，骨骼總重的20％-30％都是水。

· 嬰兒的骨骼多數(shù)是由軟骨組成的而非磷灰石，軟骨主要由蛋白質(zhì)和水構成，比成熟的骨骼更有彈性，這樣嬰兒就會更容易地通過產(chǎn)道；人體的骨骼需要到20歲左右才能完全硬化。

· 軟骨到硬骨的轉化過程，需要動用數(shù)百萬的細胞，這些細胞從食物中提取鈣原子和磷原子，并將它們填充到蛋白纖維的空間里。

· 骨骼上的管道讓血管離得足夠近，從而向骨骼提供食物、水和其他“建筑材料”，并帶走廢棄物；腔室之間的通道中分布著神經(jīng)元，可以幫助骨骼細胞與身體其他部位或相互之間傳遞信息。

· 如果發(fā)生骨折，它們會用一種易于移動的磷灰石幫助傷口愈合，也就是所謂的“編織骨”，隨后會被強度更高的磷灰石與膠原蛋白組成的“膠合板”所替代。

· 扭傷和脫臼會使嵌入骨骼的細胞發(fā)生扭曲，并告訴它們需要加強對環(huán)境的反應，以防再出現(xiàn)類似的壓力。

3.你的骨頭來自巖石

· 將人體內(nèi)的水分除去，人會變成一具木乃伊；如果再除去碳和氮，人就成了一捧骨灰；人血液中的鐵和鹽是植物根部從土壤中吸取的，人骨骼中的鈣和磷也是如此。

· 盡管花崗石看上去異常堅固，但構成它們的那些顆粒卻并沒有很強力地融合在一起，只不過是擠壓在一起罷了，在水分的作用下，它們的接觸就會松動。

· 花崗巖的分解也會在原子尺度上進行：雨雪中通常含有較弱的碳酸，可以瓦解礦石顆粒的原子結構，將它們部分溶解并帶走鈣、磷以及其他元素；含鐵量高的顆粒會生銹，并給巖石染上色彩。

· 巖石的風化最終為人的骨骼提供了鈣和磷，人體內(nèi)的大多數(shù)礦物質(zhì)原子都從地殼而來，而且很可能是靠植物的根來實現(xiàn)這一過程的。

4.隱藏在地下的原子交易市場

· 連接著植物與地球的樹根，也將植物跟一個發(fā)散性的真菌纖維網(wǎng)絡連接了起來，這個網(wǎng)絡被稱為“菌根”；所有的植物種類中，有3/4都依賴這個“植物—真菌交易市場”生存，并形成合作聯(lián)盟幫助它們更好地利用和分享資源。

· 真菌的主體部分被稱作“菌絲體”，是一團埋于地下的絲狀活體，依賴于土壤生存，一旦到了需要撒出孢子的時候，它就可以生長出數(shù)目不定的肉質(zhì)菌傘；菌絲比棉花纖維更為纖細，但它們的延展性驚人。

· 一個樹根上可以有很多不同的真菌，同時每根菌絲都可以跟幾碼以外的樹木和野花分享它們的生命分子，有時真菌與樹根會運用化學信號征召對方加入網(wǎng)絡的建設；這樣的真菌聯(lián)盟可以使樹木吸收的磷元素增加兩倍，而且有些真菌甚至可以殺死并消化土壤中的昆蟲，再將它們的原子通過樹根輸送給鄰近的樹木。

· 真菌“礦工”會滲透到土壤深層尋找磷灰石顆粒，并利用消化性的化學物質(zhì)及酶作為工具“開采”其中的鈣和磷；真菌不會簡單地儲存它們的戰(zhàn)利品，而是利用任何自己不能消費的元素跟上方的植物進行交易。

· 植物從真菌那里得到礦物質(zhì)，并將糖回饋給真菌；實驗表明，樹木提供的回報越少，從真菌那里獲得的磷也就越少。

· 西紅柿可以通過監(jiān)聽它們之間的真菌來掌握其他同類的健康狀況，當有西紅柿被病原體感染后，它們會向真菌網(wǎng)絡中釋放信號分子，附近的其他西紅柿因此做出反應，這樣就會有足夠時間啟動免疫系統(tǒng)，避免自己被感染。

5.生命也能創(chuàng)造出礦物

· “哈森石”是微生物的杰作：細菌從鹽鹵中獲取磷、鹽和水，并將它們堆積成微型晶體。

· 藍藻向海水中釋放了大量氧氣，海床上曾經(jīng)是黑色的含鐵化合物因此而生銹；海洋中的氧氣又逸散到了空氣中，于是陸地上的巖石與沉積物也生了銹；這次大氧化事件共產(chǎn)生了超過2500種新礦石，其中有赭石和鐵礦石、生石膏和熟石膏，以及200多種不同的鈾氧化物。

· 隨著水生生物進化出了防御性的硬質(zhì)部位，生物性礦石也開始在海洋中沉積；一代又一代的珊瑚蟲、貝類以及浮游生物在海床上堆積著石灰質(zhì)碳酸鹽與霰石，其數(shù)量之巨可以從太空中看到它們。

· 有科學家認為，樹根與真菌正在將大陸板塊磨得更碎，地殼的封閉重量與隔絕性都在不斷下降，作為反應，地球的熔融地幔也會更加強力地爆發(fā)。

· 跟所有生物一樣，我們利用地球上的原子構建并維持著我們的身體，并且我們也像其他所有生物一樣，在對結構與外形進行或多或少的修飾之后，又最終將它們還給了地球；最大的區(qū)別或許是，我們具有理解自己行為的能力，因此這就給我們的行為增加了一道倫理的評判尺度。

· 李奧帕德認為，如果一件事是為了保持生物圈的完整性、穩(wěn)定性以及美觀性，那么它就是正確的，反之它就是錯誤的。

八、增長的極限——磷

1.藍藻生長的木桶效應

· 化學家李比希提出了最小定律”：植物生長的限定因素，取決于供應量最短缺的營養(yǎng)物質(zhì)。

· 過去的農(nóng)業(yè)受制于季度性泛濫以及家畜的排泄速度，氮元素往往是局限因素，而工業(yè)化固氮技術則加長了這一塊短板。

· 大多數(shù)磷都被鎖定在巖石或土壤之中，或是被深埋在難以企及的湖床之下；相對于其他主要的生命元素，磷元素的豐度也只有幾百分之一。

· 磷元素讓那些可以自行固氮的物種有了優(yōu)勢，而藍藻作為一類特別令人討厭的固氮生物，通常會霸占整個湖水，并獲取更多磷元素。

· “富營養(yǎng)化”的本意只是單純指代營養(yǎng)充足的生態(tài)系統(tǒng)，當科學家說到某個湖泊或某片海域是富營養(yǎng)化時，從技術上講也只不過是個中性詞，但由于將磷排放到水體中造成人為的富營養(yǎng)化，在大多數(shù)人看來都不是什么好事，更像是吃得太撐得了病。

2.從撒哈拉沙漠到亞馬遜的原子遷徙

· 每年從撒哈拉沙漠飛越大西洋的礦物質(zhì)顆粒和硅藻外殼超過2億噸。

· 亞馬孫雨林富饒而高產(chǎn)，但這里的土壤卻沒有想象中那么肥沃；強烈的風化作用，要么是將營養(yǎng)物質(zhì)都洗刷到下游，要么就是將它們束縛在堅硬的沙礫中，而快速吸收的植物則會清除大部分動植物遺骸。

· 對于這些樹木而言，為了給它們的細胞色素和其他分子索取更多鐵原子，就只有依賴從非洲刮來的東風了，因為風中攜帶著含鐵的沙塵。

· 大部分海面上，既接觸不到海底沉積物也沒有河流出?？趲淼挠倌?，鐵元素的匱乏便限制了浮游生物的生長，但撒哈拉沙塵覆蓋之下的海面可不是這樣。

· 固氮酶的主要作用就是捕獲氮元素，它也是所有生物分子中含鐵量最高的幾種物質(zhì)之一；人的每個血紅蛋白分子攜帶4個鐵原子，而一個固氮酶復合體則攜帶34個鐵原子。

· 如果有什么元素會限制人口增長，那么它應該不是很容易隨著大氣四處飄散的氣體，也應該很容易因為疏忽而被浪費或流失，磷元素就恰好完美地符合這種推測。

· 人體內(nèi)大約攜帶了0.45千克磷元素，大多數(shù)都在骨骼內(nèi)，但還有很多是你細胞的重要組成部分。

3.和身體中的磷來一次面對面的交流

· 人體中每一個細胞都是由雙層磷酸酯包裹的，油性物質(zhì)被這兩層磷酸酯夾在中間形成三明治結構，這是一層富有彈性的半透膜；當它暴露在水中時，由于其獨特的分子結構帶來的自組裝特性，這種結構會自發(fā)成型。

· 人體中的磷原子中的大多數(shù)正參與支撐著你的磷酸鈣骨架，而剩下的那些大多數(shù)在細胞膜上振動。

· 在細胞的深處也有磷原子，每一個細胞中都包含一顆包裹著DNA的細胞核，而每一個DNA又都含有磷原子：DNA由四種含磷的“磚塊”構成，也就是所謂的核苷酸；當DNA鏈間較弱的鍵像拉鏈一樣打開或閉合時，磷酸基之間的強鍵仍然可以保持DNA骨架的穩(wěn)定性。

· 有一種核苷酸叫作三磷酸腺苷，也就是ATP，在基因中也可以獨立工作；它的主要任務是充當細胞的“化學電池”，此外它還能讓人的四肢運動，并讓人能用視覺、觸覺和味覺去感知這個世界。

· ATP分子攜帶三個相連的磷酸基，當最外層的磷酸根脫落時，由此釋放出的小型能量波，可以讓人實現(xiàn)各種動作，ATP則變成了ADP，即二磷酸腺苷；當再次裝回磷酸根之后，ADP又變回了ATP，人又可以將這個化學鍵用到需要的地方，比如開啟細胞膜的離子泵或制造激素分子。

4.最有可能對全球人口形成限制的資源

· 在所有這些生命原子中，磷或許是在任意給定時間里，最可能對地球人口形成限制的資源；我們并沒有制造用于維持身體的原子，而僅僅是從環(huán)境中借來了它們。

· 如果一個人的體重是68千克，那么他的原子總數(shù)大約是7×10^27，這大大超過宇宙中可以看到的恒星總數(shù)。

· 有人提出，“磷元素峰值危機”可能是“你從未聽說過的最嚴峻的自然資源短缺”，而最近也有人稱其為“潛在的全球性主要環(huán)境危機”之一。

· 盡管玄武巖以及其他火成巖有時也可以被用來開采磷，但它們的礦石含量很低，而且開采難度很大；我們?nèi)缃耖_發(fā)的最有價值的磷礦，都是由發(fā)生過富營養(yǎng)化的古老海洋“再生”而來。

5.磷元素會枯竭嗎

· 墨西哥灣暖流靠近海岸并與大陸邊緣的海底隆起以及海角發(fā)生撞擊時，掀起了下層的海水，大量的磷和其他營養(yǎng)物隨之被翻騰起來；當重度營養(yǎng)化的海水抵達陽光普照的海面時，它們引發(fā)的海洋生物大爆發(fā)。

· 美國地質(zhì)調(diào)查局報告稱，全美擁有的磷礦儲量大約有14億噸，如果按平均純度30％計，這些磷礦可以產(chǎn)出4.2億噸的P2O5分子，或是1.85億噸磷原子；理論上講，僅僅是美國的磷儲備就可以供給3700億人口。

· 我們從土地中獲取的磷元素，有80％-90％都根本沒有到達我們身體之中；它們中的一部分長成了棉花，最終成為服飾。

· 撒在田間的磷，至少還有一半并沒有被目標作物所吸收；在植物的根吸收它們之前，雨水就已經(jīng)將磷沖到了地下水或河水中，所以很多時候，化肥的施加量高于植物真實的需求。

· 大河河口的三角洲正在將大量被浪費的磷原子掩埋，而它們剛剛才被人類花了很大代價和努力從類似的源頭開采出來，卻又被存儲到了更難抵達的位置；在從陸地前往水下的旅途中，它們還會破壞生態(tài)系統(tǒng)。

參考文獻

施塔格，《詩意的原子》