本文来自微信公众号： 果壳 ，作者：李小葵，编辑：游识猷
沙子和砾石是仅次于水的全球第二大使用资源，也是使用量最大的固体材料。有意思的是，尽管沙滩和沙漠里的沙子那么多，沙子依然是国际贸易中的重要商品。
这是因为沙子和沙子并不一样。有的能变成摩天大楼，有的能变成芯片，还有的铺满了整片沙漠，却派不上啥用场。
沙漠里的圆沙子，造不了方正的楼
盖楼需要沙子，但承包下整个撒哈拉沙漠也没法发财。
建房子需要用到混凝土，它由水泥、沙子、砾石和水混合而成。沙子不仅用来“填空”，也是受力结构之一：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。
但沙漠里的沙子做不到。
放大来看，沙漠沙子都圆滚滚的。它们经历了漫长的风力搬运、彼此碰撞，尖锐的棱角被磨平，尺寸也越来越接近。
如果用沙漠里的沙子当混凝土的原料，这些圆溜溜的东西就很难“抓住”彼此，做成的混凝土也不够稳定。
建筑需要来自河流的沙子。
比起沙漠，河流的情况复杂得多：上游的岩石持续风化、新颗粒不断补充，水流无规律地作用于颗粒，还有很多颗粒没来得及被磨圆，就沉在了河床里。
这样一来，河砂保留了更多的粗糙表面和细小棱角。它们在混凝土里像无数小小的卡扣一样彼此嵌合，成为更具强度和稳定性的整体。
所以哪怕是阿联酋、沙特这样有大片沙漠的国家，也需要长期进口建筑用砂。大自然花上万年磨出来的圆润颗粒，在游客眼里或许是风景，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。
问题是，全世界都在这么干。
联合国环境规划署估计，人类每年消耗约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。
这些砂石成为了公路、桥梁、地铁、机场跑道、高楼大厦等等基础设施的一部分。人类建设城市的过程，本质上是在把河床和山体转移到另一处地方。
但城市长出来的速度，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即可开采数万吨砂石。
代价也在同步显现：河床下切、河岸侵蚀、三角洲沉降，都与过度采砂有关。
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。
普通沙子中有石英，但也有多种矿物的混合物，这些杂质可能导致晶体缺陷，从而降低产品质量，甚至缩短设备寿命。
而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；半导体行业要求更为苛刻，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，换算成实际重量就完全是另一回事：一吨砂子里石英含量90%，意味着还有约100公斤其他矿物；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
我们能从取之不尽的沙漠里提纯石英吗？理论上可以，成本上不行。
杂质越多，提纯的难度越高、工序越多、需要的能源和原料也越多。如果原矿品质太差，最后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。
优质矿源也因此显得格外重要。
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，这里一度供应了全球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、芯片产业能做到多大。
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。
至于芯片和光伏产业，高纯石英仍然难以被完全替代。科研人员正在寻找新矿源，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。
Guokr
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。