科學最新發現:瑪雅人建造的沸石淨水系統 領先世界2000餘年

2021-01-10 沸石百科

瑪雅文明是世界著名的古代文明之一,與東方古文明共同構成世界古代文明體系。從公元前1800年,瑪雅人開始從事農業活動,到公元1697年,最後一個瑪雅城邦毀於殖民侵略者的炮火,延續了3500餘年的瑪雅文明徹底消失,同時也為後人留下了永久燦爛的文化。作為深厚底蘊的瑪雅文明體系組成部分之一,瑪雅人在蒂卡爾城(如今的瓜地馬拉)建造了歷史上最古老的沸石濾水系統,其將沸石與粗石英砂混合在一起過濾儲水,確保飲用水源中的汙染物,如微生物、重金屬和氮化合物得以淨化,並且科研學者Tankersley表示,瑪雅人發明的沸石濾水系統,領先了人類文明數千年(Smithsonian雜誌 | 參考文獻:《科學報告》論文)。

瑪雅人的水汙染問題

作為瑪雅時代最強大的城邦之一,蒂卡爾城亦是瑪雅文明中最大的遺棄都市。蒂卡爾地處瑪雅世界的核心,位於如今的瓜地馬拉佩騰地區。美國賓夕法尼亞大學科學家在對蒂卡爾的考察中發現,該地區人口眾多且稠密,是一個密集的聚集地,人口密度相當於現代我國的農村地區。

來自《科學報告》雜誌的最新研究發現,在蒂卡爾的四個中央水庫中發現了大量有毒的汞及其他重金屬物質和藻類,並通過地球化學分析發現,離城市宮殿和廟宇最近的兩個水庫中汞等重金屬的含量極高且具有毒性。研究人員認為大量的水體重金屬汙染來自於瑪雅人用來裝飾建築物、陶土和其他物品的色素,在暴雨期間,顏料中的重金屬物質多年來沉積在水庫底部的沉積物中形成毒素,加之水體中的大量藻類汙染影響,長此以往對瑪雅人的飲用水造成了嚴重汙染。

沸石濾水系統:超越現代文明的瑪雅文化產物

美國科研人員從廢都蒂卡爾(位於瓜地馬拉北部叢林)的三大水源之一——Corriental 水庫中發現了一個複雜的飲用水過濾系統,其為當時蒂卡爾居民重要的飲用水來源。研究人員通過該系統底部的沙土中發現了沸石與粗石英砂兩種礦物質。

沸石作為一種天然的鋁矽酸鹽礦物,內部矽鋁氧組成的骨架中有很多形狀規則的空腔和連接空腔的通道,是一種具有特殊結構的多孔材料,在當前也被應用於諸多過濾水系統中。

研究人員認為,沸石作為一種裸露、風化的火山凝灰巖,不應存在於大陸內部的水庫中,因此美國辛辛那提大學(University of Cincinnati)多個領域的專家,包括人類學家、地理學家、生物學家和考古學家合作研究認為,這兩種礦物很有可能是瑪雅居民從蒂卡爾東北大約30公裡(18英裡)的地方開採出來並人為置於水庫中,用於建造這樣的過濾系統。

其中作為研究團隊的發言人,坦克斯利(Kenneth Barnett Tankersley)教授說,這個沸石過濾系統可能有助於為當時的瑪雅人除去水中有害的微生物、富含氨氮的化合物及其他重金屬等有毒物質,並且也可以有效去除水體中的藻類汙染。「有趣的是,這個今天仍然有效的過濾系統,瑪雅人在兩千多年前已經發現了。」坦克斯利說,「瑪雅人建造的這個系統是至今為止發現的同類系統中最早的一個。下一步,我們將打算了解在遠古時期的瑪雅文明中,這種系統使用的範圍究竟有多廣。」

沸石依託於自身特殊的多孔隙物理結構,具有出色的吸附性、離子交換性,因此可以有效地過濾水體。即便是被譽為有過發達文明的古希臘人和古羅馬人,同時期也僅將沸石用作水泥的原料之一建造橋梁,直到20世紀初才認識到它的水處理優勢,將其運用於水過濾中。智慧、聰明的瑪雅人卻在2000多年前將沸石過濾系統投入到Corriental水庫中使用,其亦是我們目前已知的世界上最古老的飲用淨水方法。

瑪雅人怎麼知道沸石可以淨化水?

研究人員帶著問題進行考察,於蒂卡爾東北約30公裡的地方發現了目標,這裡的火山凝巖主要成分是沸石、石英砂。因為自然風化而形成了漏層,可以讓水快速滲入,形成了較大的含水層。水層中的水異常清澈,經檢驗發現這裡的水達到了直飲水的標準。所以研究人員猜測瑪雅人可能是根據水質,判斷這裡的礦物具有淨化水的功能。

接著,研究小組在含水層中提取礦物質後,發現與沸石淨水系統中的物質一致,同時使用放射性碳測年法確定了它們的年齡,並將其追溯到2185至965年前,其驗證了他們的猜測。據研究人員的還原,瑪雅人的沸石淨水系統很可能是在水壩後放入大量過濾網,過濾網是用蘆葦或棕櫚纖維墊將沸石和石英晶體(均為沙粒大小)編織為一體。總之,在水過濾管理方面,瑪雅人領先了世界2000多年。

沸石過濾系統的原理揭秘

沸石依託自身獨特的晶體結構,是一種極性吸附劑,具有離子交換 、吸附 、分離等多重功能,且沸石的表面粗糙、比表面積大、比重小,因此是一種優質的天然濾料。由於離子交換作用,沸石對氨氮有良好的去除效果,去除率在95%以上 , 而常規水處理工藝中濾料對氨氮的去除能力僅為15%,因此沸石可顯著增強過濾單元去除氨氮的能力。

另外,重慶大學城市建設與環境工程學院的研究人員通過試驗表明,沸石對水體中部分汙染物具有較好的去除效果,如對LAS、苯酚、三氯甲烷的去除率分別達到17.7 %、34.0%、44 .45%,說明沸石吸附處理能有效改善出水水質。

除此之外,沸石在長期實現吸附去除作用同時,可以對微生物起到良好的負載作用,有利於微生物的生長,創造了生物去除氨氮的良好環境。這些微生物與浮藻形成營養和生存空間的競爭,破壞浮藻的優勢種格局,抑制浮藻類的繁殖,因此得以抑制水體的富營養化程度。

對瑪雅文化消失的原因,還有許多猜測,並且大量研究人員依舊在繼續研究著這些謎題。但是不可否認的是,古瑪雅人善於創新的思維,讓他們的文明體系不遜色於現代文明。沸石作為優秀的環保友好型材料,孔隙率大 ,濾層截汙能力強 ,能夠對水體中的汙染物進行有效過濾與處理,達到淨化水質的目的,對水處理各個領域均有著優良的處理效果,因此是一種值得推廣可行的新型環保水處理材料,必能在未來的水處理領域中大放異彩,傳承人類的古文明精髓。

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