天赐物宝：加拿大镍矿简史

Xiaoming Guo 2023-08-02

Xiaoming Guo 郭晓明

2021年加拿大生产了13万4千吨的镍，在世界排名第6。一个世纪前，上世纪20年代，加拿大镍产量世界第一。安大略省的Sudbury是加拿大的镍都。挖了上百年的镍矿，留下了很多庞大的地下旧坑道。如今，在这些就坑道中，科学家在地下两公里深处建造了一个中微子探测实验室，探测太阳发射出来的中微子，政府还建造了一个地质博物馆，名为“动态的地球”。

图：Arthur B. McDonald教授在Kitchener讲暗物质，他是Sudbury中微子探测实验室主任，皇后大学教授，2015年获得诺贝尔奖。

Sudbury镍矿的发现纯属偶然，因为这个镍矿的存在不是一种地质现象，而是一种天文现象。现在利用这些采矿坑道研究天文，可能也是一种宿命。这个镍矿的发现，还和太平洋铁路有关。

Sudbury市有一个宽阔的美丽的湖，以前叫做遗失湖。加拿大建国方略的重大战略就是建造太平洋铁路。原本计划的太平洋铁路就是经由遗失湖的南边走，然而，当时负责勘探路径的William Ramsey却不小心错误地去探勘遗失湖的北边地段。1883年8月太平洋铁路辛迪加清理这个路段，这些工作人员中有一位铁匠名字叫做Thomas Flanagan，他发现一些色彩斑斓的石头，他认定是发现了铜矿，把那个地段做了标记以便以后继续勘探。1884年Flanagan在这里采集岩石样品送去实验室化验，证明是一个铜镍矿。1885年Murray Mine买下了这个矿进行开采。那时候这个矿主要是用来冶炼铜的。这个遗失的湖就这样被Ramsey无心地找回来了，如今这个湖被命名为Ramsey Lake。

图：笔者在Ramsey湖边。

1901年，加拿大铜公司（Canada Copper Company）开始开采Creighton矿，Creighton矿就是现在中微子观测实验室所在的矿，在Sudbury东郊外靠近144号公路。矿石被运到新泽西州的牛津冶炼厂提炼。本来是为了冶炼铜的，但牛津冶炼厂竟然能够把镍也冶炼出来。镍的冶炼技术的突破使得加拿大镍生产忽然爆发出来。美国和加拿大的5分硬币就是用镍制造铸造的，因此，5分硬币也被称为镍仔。笔者当年在实验室问老板进货金属镍来做实验的时候，老板说，拿些5分硬币来做原料就可以了。20年代，加拿大镍产量居全球之冠。

图：Sudbury地标，5分硬币塑像，在“动态的地球”地质博物馆外边。

这么丰富的镍矿究竟是怎么形成的呢？安大略火环也有镍铜矿，火环在Sudbury北边有6百公里远呢。火环矿藏是火成岩矿，是火山活动使得岩浆入侵到石头中冷却偏析出来的矿。但是，Sudbury的矿并没有发现岩浆入侵的痕迹，也不能用各种其它地质成矿理论去解释。对于Sudbury镍矿的形成有一个专门的理论，叫做Sudbury Nickel Irruptive理论，或者Sudbury Basin理论。这个理论说，大约在18.5亿年前，有一颗彗星撞击了地球，把Sudbury的地壳熔化了，把地壳中的矿物挤了出来，形成一个环状矿藏带。