你没看错,地球上的沙子快要用完了

在尼日利亚的拉各斯潟湖里,沙工正在徒手从海床上挖沙。(来源:Robin Hammond/Panos


沙子和砾石的采掘速度已经高于自然恢复的速度。Mette Bendixen和他的同事们呼吁全球协力监管这项资源。


撰文 | Mette Bendixen, Jim Best, Chris Hackney和Lars Lønsmann Iversen

来源 | Nature自然科研(ID:Nature-Research)


你所住的大楼、喝水用的杯子和工作用的电脑有什么共同之处?答案是沙子。这是现代生活中的关键原料,但意外的是,没有人知道现在还有多少沙子,又有多少正在被采挖。


沙子和砾石是采掘量最大的一类原料,甚至比化石燃料更多。需求大幅增加的原因是城市化和全球人口增长,尤其是中国、印度和非洲。全世界每年大约会使用320-500亿吨沙子,主要用来制造水泥、玻璃和电子产品这个用量比自然再生率要高,因此到本世纪中叶,需求可能会超过供给(见下图),导致这种不可持续采挖的原因则是无知和失察。

来源:Sverdrup, H. U., Koca, D. & Schlyter, P. BioPhys. Econ. Res. Qual. 2, 8 (2017).


沙漠里的沙子太过光滑,无法使用。适合工业用的有棱角的沙子绝大多数都来源于河流(占地球面积不到1%)。在河里采挖沙子和砾石对生态环境、基础设施和沿河居住的30亿人口具有非常长远的影响(见下图)。例如,中国珠江因为采沙已经导致河床降低,使得抽取饮用水的难度加大,并加速了河床冲刷,损害了桥梁和河堤。


大多数沙子贸易都未记录在案。例如,2006年到2016年之间,新加坡报告从柬埔寨进口了8千万吨沙子,但柬埔寨确认出口的量只有不到4%。大约70个国家或地区都存在大规模的非法采沙行为过去十年来,印度和肯尼亚等国家有成百上千的人死于争沙冲突,其中包括普通民众、警察和政府官员。


所有这些问题在世界自然基金会(WWF)和联合国环境署(UNEP)的报告中都有所强调,报告也质疑采沙是否具有可持续性。问题的根源在于缺乏足够的数据和政策来引导人们以合理的速度消耗和采挖沙子


我们现在呼吁UNEP和世界贸易组织(WTO)建立并监管一个全球性的沙子监控系统。研究人员则需要构建一套系统以统计河流中沙子的生成量和采挖量——包括合法和非法的采挖。他们需要将这个问题的规模赤裸裸地展现在学界、大众和政客面前。此外,各地必须订立用沙限额和法案,以鼓励合理的使用。

来源:Google Earth



数据稀缺


当前对全球采沙量的估计并不可靠,无疑是过低了。大多数关于河流沉积层的研究都在关注堤坝是如何阻拦水流的,学术界很少关注商业采沙。例如,截至2019年初,我们从Web of Science上搜索到443篇关于采沙的论文,其中只有38篇定量地描述了采沙量。


长期性、全流域的沉积层监控项目也很少。技术上,想要定量评估沙子如何移动或是沿河流如何沉积是很困难的。此外,很多大河都相当偏远。公开这些数据还涉及到政治和工业上的敏感问题,因此让统计变得困难。


很多大河会流经多个国家,使得统计和推行国际政策变得十分困难。例如,湄公河流经中国、缅甸、老挝、泰国、柬埔寨和越南。


在很多国家,采沙没有法律限制,可能会受当地的“采沙帮”控制。采沙的方式从挖泥船加抽吸泵到空手铲都有,不分白天黑夜。在需求最高的发展中国家,采沙大多是一种规模小且不规范的行业,因此很难监管和控制和浅河滩与漫滩挖出的沙子相比,挖沙船的采掘源更难定位。


国际沙子贸易数据库则过于简陋,无法判断可持续性。例如,联合国的商贸数据库仅根据质量和成分,将沙子和砾石的进出口量分成一两种类别。其中没有区分沙子的来源是有自然补充的主动来源,例如河流和三角洲;还是无补充的被动来源,例如地质沉积层。


从主动来源采挖沙子和砾石会对环境、社会和经济造成很大损害,而从被动来源采沙对环境的影响就小一些。例如,在湄公河三角洲,越南政府估计约有50万人需要从因采沙而塌陷的河岸搬离。在印度北部的恒河,被侵蚀的河岸已经破坏了以鱼为食的恒河鳄Gavialis gangeticus的繁殖地。这种濒危物种只剩下大约200只成年野生个体,分布在印度和尼泊尔的北部。

迅速的城市化和人口增长正在推升城市对建筑用沙的需求,例如巴基斯坦的卡拉奇市。(来源:Asim Hafeez/Bloomberg/Getty


全球议题


以下七点对于采沙的可持续性至关重要。


来源。我们必须寻找并确证可持续性的沙子来源——例如格陵兰因冰盖减退而补充到海岸线上的沙子。联合国需要订立类似于可持续性森林管理的计划。我们还要寻找不会影响河流的新被动沙源,这可能会包括锁在漫滩中的沉积层;或是沉积在水坝后面的沙子——和采掘下游的沙子相比,这对生态的影响可能会小一些。


替代。地方和国家政府以及相关规划部门应当鼓励使用沙子的替代品,例如碎石、工业矿渣和废料(包括铜、飞尘和铸造砂),以及回收塑料。例如,公路、停车场和车道可以将塑料垃圾包裹在沥青中,以减少沥青和骨料的用量。


再利用。沙基材料应当尽可能地回收利用。例如,拆迁时产生的废物和混凝土可以压碎后重新混合到水泥中。瓦砾可以用作地基和公路的骨料,用来填充孔洞,或是代替砾石用在人行道、花园、隔声屏或河堤上。应当立法控制混凝土的处理,或是提供财政激励以回收利用旧的混凝土。


减少需求。减少新建筑物中的混凝土需求量同样可以减少对沙子的需求。这可以通过使用更高效的材料(例如空心的混凝土块和打印混凝土板)实现。我们需要制定行业标准,对材料质量加以要求,并通过法律法规强制执行。


治理。应当在当地利益群体、非政府组织、工业界、执法机构和政府之间建立起国际或多边的政策框架,来规范并控制沙子的采挖。首先,UNEP和WTO应当制定全球性的采沙指南,其中应当指出在哪里采沙是或不是可持续的。


教育。政府、科学家和工业界必须宣传有关采沙问题的信息,包括涉及社会平等、包容和性别关系的问题。这些信息必须在各种窗口进行宣传——从学校到政策建议再到媒体——并且必须同时宣传问题的解决方式。


监测。一个全球性的数据收集和分享项目至关重要,它可以定量统计采沙的地点和规模,以及全球河沙的自然波动。遥感技术很有潜力。例如,重力回溯及气候实验卫星(GRACE)可以揭示河口的沉积物流量,以及排入海中的成分。


NASA的“地表水与海洋地形”任务预计于2021年发射。它将监测宽度超过100米的大河的流量,其覆盖规模是前所未有的。CubeSats和SmallSats这类小型卫星也能重复、廉价地为监控采沙提供高分辨率图像。例如,欧盟的“原材料与哥白尼地球”观测计划就使用了太空成像技术来协助管理资源。


我们还需要可以在地面上验证这些数据的工具,包括测量站、用来测量河床形态和沉积物流量的声学技术、以及空中激光雷达。现在,很多船只都会携带声纳或回声测深仪,它们可以产生大量关于河流和河口的地形数据——一笔有待开发利用的资源。我们还需要开发更好的数值模型来预测并评估沉积物流量的变化。


UNEP和WWF的报告已经在沙子里踏下了一个重重的脚印。现在,行动和法规必须跟上。


原文以Time is running out for sand为标题

发布在2019年7月2日《自然》评论上


Nature|doi:10.1038/d41586-019-02042-4

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