安雅·罗因（Anja Royne）：奥斯陆大学物理系研究员及讲师，专门研究纳米级的物理化学。2021年开始致力于研究物理与能源资源、物理与气候变化等课题。此外，她还有自己的科学博客——物理与魅力（Fysikk og fascinasjon），分享专业的科普知识，并经常进行科普讲座。

第三章 不会终结的钢铁时代

我静静地躺在一直晃动的床上。明天，我将奔赴山的另一边参加一场会议。今晚，我正被火车的运动晃得昏昏欲睡，就和前几代人那样。这种火车旅行让我感觉自己像是一段漫长故事的一部分，早在我们拥有汽车和飞机前，铁路就已经穿越乡村，在城市之间输送旅客和货物。

火车和轨道都由铁构成—这是我们文明中最重要的金属。一方面，人类最早使用的金属—金、铜以及由铜与锡形成的青铜合金，在多数情况下都太软，无法取代石头与木头制成的工具。另一方面，铁的应用引领了战争与农业的革命。只需想象一下，耕地时使用木犁和铁犁的区别。铁制工具让耕地、修路、劈柴都变得更容易。在与箭头和刀剑这样的铁制武器结合后，铁这种金属为那些比邻居更早掌握它的人提供了巨大的优势。

没有铁，就没有呼吸的支点

然而，铁并不只是在我们的社会中发挥着重要作用，它也是人体自身输送系统的重要组成部分。一个成年人的身体中大约含有 4克铁原子（足够打出一枚中等尺寸的钉子），我们则利用身体中的铁来完成维持生命所必需的任务。

为了生存，我需要呼吸。在我体内，所有的细胞都需要氧气。当我呼吸之时，我的肺部会获取氧气，但我仍然需要某种方法将氧气进一步输送到我的细胞中。这就是铁露面的地方。与黄金酷爱保留自己电子的特性不同，铁是一种很慷慨的元素，它非常乐意送出一些电子。这在铁和氧之间创造了一种紧密的友谊，因为氧总是渴望从其他元素中获取额外的电子。

当血液与我肺部的空气接触时，氧气会借此机会让自己附着在铁原子上，而这些铁原子与我血液中的一些分子结合在一起。通过这种方式，血液将氧气输送到身体中更远的位置。在我的细胞中，还有其他一些分子勒令铁和氧气再次分离，于是孤独的铁又会继续通过血管一路抵达心脏，然后被泵回肺部以获取新的氧气。倘若我的血液中没有铁，那么无论我呼吸多少都无济于事，因为实际上我无法利用费力吸入到肺里的任何氧气。这也就是为什么在我向血库捐献了约 400毫升血液后，必须持续服用几周铁剂。我的身体可以很轻松地自行产生新的血液细胞，却不能自行产生铁。

一旦铁向氧原子释放电子，就需要很多能量才能让这两种元素再次分离。人们花了很长时间才学会如何破坏这种化学键，让铁原子取回它们的电子，这是将铁转化为便于制作武器和工具的金属的必由之路。

步入铁器时代

3500年前，当埃及法老图坦卡蒙被下葬时，他的石棺中放置了一把铁质的匕首。这把匕首以及全球范围内发现的其他古代铁器，在很长时间内都是一个巨大的谜题。毕竟，冶炼出金属铁以打造这些物品所需要的方法，直到一千年后才被开发出来对这个谜题的破解，超越了我们的星球：图坦卡蒙匕首中的金属并非来自地球。

在外太空，存在着无数大大小小的小行星，它们由含镍的铁构成。在那里，它们没有暴露在水或氧气中—这就意味着小行星中的铁永远都不会生锈，能够保持光泽与金属特性。每隔一段时间，就会有一些小行星以陨石的形式坠落，光顾地球，因而能够被直接从地面上捡起来，再被锤成匕首或其他物件。这是我们人类使用的第一批金属铁。所有这些早期的铁器，很可能都是由陨铁制成的。

地球上极少存在这样的地方—自然条件下的铁原子在这里不会与其他元素结合，而是以金属的形式存在。其中一个这样的矿床位于格陵兰岛的某个位置，很久很久以前，那里的铁质熔岩就渗透到了地壳中。在上升的过程中，熔岩穿过了一层煤—那是几乎完全由碳构成的史前植物的遗骸。碳最有用的性质之一，就是它比铁更渴望释放电子。结果，当炽热岩浆中已经键合的铁原子和氧原子与这层煤里的碳接触时，碳设法“说服”铁原子接受它们额外的电子。碳和氧以二氧化碳的形式喷入大气层中，留下了一层铁，我们人类就可以直接使用。

这里蕴含了生产金属铁的关键—也是人类能够进入铁器时代之前必须要找到的关键。我们周围有大量的铁（地壳中包含大约 4%的铁），但几乎所有的铁都和氧结合在一起。铁矿石可以被转化为金属铁，这需要通过将其与煤混合后加热，直到煤被点燃。随后，在熊熊燃烧的煤中，碳与铁矿石发生反应，释放电子并“偷走”氧气，然后将铁元素以金属的形式留在身后。

人类开始生产铁以后，也带动了对木材需求量的增加。当木材被置于隔绝氧气的密闭土坑中加热时，它就变成了可以被用来生产铁的木炭。这往往导致当地的森林承受巨大的压力，滥伐森林就成了一种常见而又不幸的连带后果。如今，我们使用从地下挖出来的化石煤炭来炼铁，因而杜绝了对伐树的需求。从某种意义上说，煤矿在拯救世界上多数森林免于成为矿坑木炭的宿命方面，起到了举足轻重的作用。然而，与此同时，当我们焚烧化石煤炭时，排放到大气中的化石碳也对我们地球的升温产生了作用。每生产一吨铁，煤炭中的碳和铁矿石中的氧也会产生大约半吨二氧化碳。从长远来看，这可能对森林以及生态系统构成了比以往任何伐木活动都要更严重的威胁。

引言　我们所居住的这颗星球与我们之间奇妙而致命的关系  

第一章 元素的七天创世史 

第二章 闪光的不都是金子

第三章 不会终结的钢铁时代

第四章 铜、铝、钛—从灯泡到赛博格

第五章 骨骼与混凝土中的钙和硅

第六章 多才多艺的碳：橡胶和塑料

第七章 钾、氮、磷：给了我们面包的元素

第八章 没有能量的世界，一切戛然而止

第九章 B计划

第十章 我们能让地球消耗殆尽吗？