AI公司的数据中心越建越多，最先紧缺的是沙子
沙子是仅次于水的全球第二大使用资源。建筑用河砂因过度开采导致短缺，而沙漠沙因颗粒圆润无法用于混凝土。芯片和光伏产业所需的高纯石英砂纯度要求极高，优质矿源稀缺，面临供应紧张。
平行世界里的三件大事，看起来八竿子打不着，却都被同一种东西拴在了一起——沙子。
数据中心、光伏产业、城市建设，都需要沙子丨wsjwsj.com，wikimedia commons，neom.com
你可能想不到，沙子和砾石是仅次于水的全球第二大使用资源，也是用量最大的固体材料。更吊诡的是，尽管沙滩和沙漠里沙子多得吓人，它依然是国际贸易中的热门商品。
原因很简单——沙子和沙子，根本不是一回事。有的能变成摩天大楼，有的能变成芯片，还有的铺满整片沙漠，却派不上半点用场。
沙漠里的圆沙子，造不了方正的楼
盖楼需要沙子，但就算你把整个撒哈拉沙漠承包下来，也发不了财。
阿拉伯半岛上的沙漠丨wikimedia commons/猪笼草
建房子离不开混凝土，这东西由水泥、沙子、砾石和水混合而成。沙子可不只是用来“填空”的——混凝土能扛住巨大压力，很大程度上靠的是颗粒之间的咬合和支撑。
但沙漠里的沙子，偏偏做不到这一点。
放大来看，沙漠沙粒都圆滚滚的。它们经历了漫长的风力搬运和彼此碰撞，尖锐的棱角被磨平，尺寸也越来越接近。如果用这种沙子去拌混凝土，那些圆溜溜的颗粒根本“抓”不住彼此，形成的结构稳定性大打折扣。
风化形成的沙子圆溜溜的丨wikimedia commons/Siim Sepp
来自埃及沙漠里的沙子丨wikimedia commons/Wilson44691
建筑真正需要的，是来自河流的沙子。
河床上的情况比沙漠复杂得多：上游岩石持续风化，新颗粒不断补充，水流无规律地冲刷，很多颗粒还没来得及被磨圆就沉在了河床里。于是，河砂保留了粗糙的表面和细小的棱角，在混凝土里像无数个小小的卡扣一样彼此嵌合，形成一个结实又稳定的整体。
建筑所需用的河砂沙粒丨wikimedia commons/Alexander Klepnev
所以，哪怕阿联酋、沙特这样坐拥大片沙漠的国家，也得长期进口建筑用砂。大自然花上万年磨出来的圆润颗粒，在游客眼里是风景，在工程师眼里，未必是资源。
我们的城市，是凝固的河流
沙漠里的沙子没法用，那就去河里挖。
问题在于，全世界都在这么干。
密西西比河沿岸，正在开采河砂丨wikimedia commons/formulanone
联合国环境规划署的估算显示，人类每年要消耗约500亿吨砂石——如果把这些砂石沿赤道堆成一道围墙，大约27米高、27米宽，足够绕地球一整圈。
这些砂石变成了公路、桥梁、地铁、机场跑道、高楼大厦。人类建设城市的过程，本质上就是把河床和山体转移到另一处地方。
但城市生长的速度，远远快于河砂形成的速度。
一粒河砂从岩石风化开始，到形成可供开采的天然砂资源，往往需要数千年甚至更长时间；而现代采砂船，短短几天就能开采数万吨砂石。
代价也在同步显现：河床下切、河岸侵蚀、三角洲沉降——这些都与过度采砂脱不了干系。
湄公河沿岸因开采河砂，河岸被侵蚀，靠近河岸的房屋损毁丨Andy Ball/University of Southampton, CC BY-NC-ND
芯片时代，有些沙子变得更稀缺
我们在“量”上缺沙子，在“质”上也缺。
半导体行业需要用到高纯石英砂。
普通沙子里有石英，但更多的是多种矿物的混合物。这些杂质可能导致晶体缺陷，降低产品质量，甚至缩短设备寿命。
加利福尼亚海边的沙子，主要成分为石英、燧石、火成岩和贝壳丨wikimedia commons/Wilson44691
高纯石英砂追求的不是“石英占大多数”，而是“除了石英，几乎什么都没有”。
高纯石英矿矿石丨人民日报海外版
比如光伏行业使用的高纯石英砂，纯度通常要求达到99.99%以上；半导体行业更为苛刻，要求达到99.998%甚至更高。
90%和99.998%看起来只差不到10个百分点，但换算成实际重量就完全是另一回事了：一吨砂子里石英含量90%，意味着还有约100公斤其他矿物；当纯度达到99.998%时，一吨砂子里的杂质总量只剩下约20克。
高纯石英砂丨人民日报海外版
从理论上讲，我们可以从取之不尽的沙漠里提纯石英，但成本上根本行不通。杂质越多，提纯难度越高、工序越多、需要的能源和原料也越多。如果原矿品质太差，最终得到一吨高纯石英砂的成本，可能比直接用高纯石英矿还高。
所以，优质矿源就显得格外重要。
目前全球能够稳定供应顶级高纯石英原料的矿床并不多。其中最著名的是美国北卡罗来纳州的斯普鲁斯派恩矿区，它一度供应了全球90%以上的半导体级高纯石英砂。
美国的斯普鲁斯派恩矿区是最主要的高纯石英产区。2024年，矿区受飓风影响中断生产，引发了人们对高纯石英矿源的担忧。丨sibelco.com
如果说河砂关系着城市的规模，那高纯石英砂则关系着芯片能做到多好、芯片产业能做多大。
当人类开始造沙
好在自然形成的沙子并不是唯一的选择。
过去几十年里，建筑行业逐渐发展出替代品——机制砂。它是用岩石、尾矿等原料经过破碎、筛分加工得到的人造砂。在我国，机制砂已经成为建筑骨料的重要来源。
不同粗细的机制砂丨lmzkjq.com
另一条思路是回收。一栋楼拆除后，相当一部分建筑垃圾可以重新变成建筑材料。
武汉的一处建筑垃圾加工现场丨lmlq.com
至于芯片和光伏产业，高纯石英依然难以被完全替代。科研人员正在寻找新的矿源，也在改进提纯工艺，希望从品质较低的石英矿中获得更多高端产品。但至少目前，顶级高纯石英依然属于稀缺资源。
大自然把石头变成沙子，人类把沙子变成城市和科技。未来更重要的课题，或许是让沙子在离开河流和矿山之后，还能继续循环下去。
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