撰文 | 烏其多

審校 | Ziv

最近，一位探險(xiǎn)博主在湘西喀斯特地貌區(qū)的洞穴中，于地下暗河的盡頭拍到了一口奇怪的大灶臺(tái)，隨后，又在不遠(yuǎn)前方發(fā)現(xiàn)了一個(gè)圓形坑洞：

視頻來源：鴿子戶外探險(xiǎn)@抖音@B站@小紅書，已獲作者授權(quán)

這就是以前“熬硝人”留下的遺跡。

目前的歷史和考古證據(jù)表明，中國很可能是有明確證據(jù)支持的最早系統(tǒng)化熬硝的國家。無論多么人跡罕至、黑暗閉塞的洞穴，只要有優(yōu)質(zhì)硝石存在，熬硝人都很可能在里面留下印記。

四川樂山險(xiǎn)峻的硝斗巖，保留著明代的煉硝遺址 圖源：樂山文旅

在我國喀斯特洞穴中存在著大量各個(gè)歷史時(shí)期的熬硝遺址，廣泛分布于重慶、 四川、湖南、湖北、貴州、廣西、陜西等地。

至于為啥是喀斯特洞穴，原因是因?yàn)檫@里積存了大量的......糞便。

沒有糞便，就沒有硝石和火藥？

熬硝的最終目標(biāo)和核心產(chǎn)物，就是從硝石中提煉出盡可能純凈的硝酸鉀（KNO?）。

硝酸鉀是一種無味白色結(jié)晶鹽，易溶于水 圖源：shinemaxpharma

硝酸鉀的形成，核心是硝化作用。

簡(jiǎn)單來說，這個(gè)作用就是將含氮有機(jī)物中的氮元素，通過硝化細(xì)菌逐步氧化，最終生成硝酸鹽的過程。

硝化作用圖解 圖源：wiki

那么，含氮有機(jī)物從哪來呢？

在自然環(huán)境中，濃度最高、最集中的氮來源就是人、畜、鳥、蝙蝠的糞便以及其它腐爛的有機(jī)物（如尸體、植物殘?。?/strong>。

因此，糞便越多、越集中的地方，硝土的質(zhì)量就越高。

而喀斯特地貌的形成是一個(gè)跨越數(shù)億年、持續(xù)至今的動(dòng)態(tài)過程。在這個(gè)過程中，燕子和蝙蝠等飛行動(dòng)物在喀斯特洞穴中生活了上千萬年，其糞便在洞中日積月累，形成巨量糞堆，其中的含氮有機(jī)物在特殊細(xì)菌作用下轉(zhuǎn)化為硝酸，再與洞穴巖土中的鉀元素結(jié)合，最終形成硝酸鉀。

在適宜的條件下，這些硝酸鉀會(huì)以白色針狀結(jié)晶的形式析出于洞壁之上，稱為“地霜”或“壁霜”，是純度較高的天然硝石。

鼠耳蝠屬的蝙蝠超過100種，大部分都是洞棲性蝙蝠，圖為中華鼠耳蝠

圖源：hkbatradar

硝酸鉀用途廣泛，可用于藥用、肥料，更是制作四大發(fā)明之一的火藥的最主要成分。

老式火藥/黑火藥的組成部分 圖源：網(wǎng)絡(luò)

所以可以這么說：火藥這種看似強(qiáng)大的戰(zhàn)爭(zhēng)武器，其最核心的原料生產(chǎn)，曾高度依賴于最污穢、最不起眼的糞便和自然界的分解過程。

不過，洞穴硝石的儲(chǔ)量雖然夠大，但畢竟挖起來門檻比較高，不是人人都能挖得著，所以古代民間挖硝人也會(huì)去老墻根、旱廁旁的土磚上收集硝土。

經(jīng)過常年尿液滲透的墻根，也可能生成純度較高硝土 圖源：e-mansion.co.jp

熬硝步驟：

如果是小具規(guī)模的洞穴熬硝工坊，會(huì)挖專業(yè)淋硝池，普通人家則用一口鍋來完成步驟：

一.淋濾與過濾：用水浸泡硝土，過濾掉泥沙等不溶物，得到硝水(如果洞穴硝石的純度很高，這一步可以簡(jiǎn)化甚至省略）。

二.轉(zhuǎn)化與沉淀：向硝水中加入草木灰（提供K?CO?），充分反應(yīng)后靜置，使碳酸鈣沉淀（同上，純度高的洞穴硝石經(jīng)常省略這一步）。

三.過濾與濃縮：將上清液再次過濾以徹底除去碳酸鈣沉淀，然后將濾液煮沸濃縮，得到粗制硝石。

四.重結(jié)晶提純：將粗制硝石溶于熱水，熱過濾后冷卻結(jié)晶，分離晶體和母液。此過程可重復(fù)1-2次。

五.干燥與儲(chǔ)存：將得到的潔白針狀結(jié)晶低溫烘干，密封儲(chǔ)存。

重慶金佛洞的“淋硝池”，該池往往是為了處理那些純度不夠高的原料而設(shè)計(jì)的

圖源：知網(wǎng)論文《三維激光掃描在喀斯特洞穴熬硝遺址測(cè)繪中的應(yīng)用》

為了得到硝石，人類有多不容易？

我國是喀斯特大國，喀斯特地貌分布面積達(dá)344萬平方千米，占全球喀斯特地貌總面積的1/6，洞穴數(shù)量多達(dá)50萬個(gè)，蘊(yùn)藏著豐富的硝土資源。

這些喀斯特洞穴很可能為我國古代火藥的配制提供了最重要的硝石原料。

而在全世界范圍內(nèi)，熬硝都曾經(jīng)是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)。硝石的來源，也曾經(jīng)是個(gè)世界性難題。

美國肯塔基州中部的猛犸洞，是世界上最長的洞穴，已探出的長度近600公里。在開辟猛犸洞為國家公園之前，這里曾經(jīng)是開采制作火藥的硝石礦場(chǎng)，有的巨大的洞口可以容卡車駛?cè)搿?br/>

該洞所產(chǎn)的硝石，主要應(yīng)用于第二次美英戰(zhàn)爭(zhēng)期間火藥的生產(chǎn)。

美國肯塔基州中部猛犸洞內(nèi)的熬硝坑 圖源wiki

而歐洲人在13世紀(jì)以前都不知道有硝石的存在，直到火藥傳入才開始漸漸認(rèn)識(shí)硝石。

為了獲取硝石，歐洲人甚至走上了“邪修”的道路：他們建立了“硝石種植園”，試圖像種莊稼一樣在地里種植硝石。

具體做法是在溝渠內(nèi)鋪墊黏土，然后分層堆放動(dòng)物排泄物、腐爛的有機(jī)物（如樹葉）、石灰石或草木灰，并定期補(bǔ)充尿液和糞水來“培養(yǎng)”硝石。

這套方法依賴于有機(jī)物的硝化作用，雖然效率不高且過程骯臟，但在一定程度上緩解了歐洲硝石緊缺的局面。

15世紀(jì)德國的一個(gè)硝石種植園 圖源wiki

16至18世紀(jì)，英國甚至設(shè)置了“硝石官”這個(gè)特殊的職位。

由于旺盛的軍事擴(kuò)張和火藥制造需求，硝石官持有國王的特許狀，權(quán)力很大。他們可以強(qiáng)行進(jìn)入私人領(lǐng)地（包括民宅、馬廄、谷倉，甚至教堂和王宮）刮取硝土。

這個(gè)過程充滿污穢和破壞，所以民眾普遍厭惡和抵制他們，硝石官在歷史上也是一個(gè)長期聲名狼藉的職業(yè)。

1913年，隨著德國建成第一座合成氨工廠，人工合成硝酸鹽在成本、效率和規(guī)模上全面超越了傳統(tǒng)熬硝。從此熬硝這項(xiàng)全球性的職業(yè)開始走向沒落。

熬硝人作為“全球最神秘的探洞組織”，終于也成為了歷史。

參考資料：

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Saltpetre_works

[2]知網(wǎng)論文《三維激光掃描在喀斯特洞穴熬硝遺址測(cè)繪中的應(yīng)用》，西南大學(xué)

[3] https://www.hkcd.com/content/2014-05/29/content_847207.html

將“把科學(xué)帶回家”

不錯(cuò)過每條有趣科學(xué)推文！

原創(chuàng)文章版權(quán)歸微信公眾號(hào)
“把科學(xué)帶回家”所有

轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系：bd@wanwuweb.com

凡本公眾號(hào)轉(zhuǎn)載、引用的文章 、圖片、音頻、視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有人所有，因此產(chǎn)生相關(guān)后果，由版權(quán)所有人、原始發(fā)布者和內(nèi)容提供者承擔(dān)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除。

▲ 關(guān)注我們，點(diǎn)亮在看，分享一下