銹蝕是人類有史以來從未能擊敗的敵人,被稱為終極毀滅者。它無情地?fù)袈滹w機(jī),折斷橋梁,撞毀汽車,沉沒艦船,毀壞房屋,奪去無數(shù)人的生命和財(cái)產(chǎn)。美國每年為銹蝕付出4 000億美元的代價(jià),遠(yuǎn)超其他自然災(zāi)害的總和。
在本書中,喬納森·瓦爾德曼踏遍美國南北,在食品加工、油氣管道、鋼鐵制造、交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域,對(duì)銹蝕進(jìn)行了持續(xù)數(shù)年的密切追蹤。他曾跟隨攝影家偷偷溜進(jìn)廢棄的煉鋼廠,觀察鋼鐵的慢性死亡;他曾臥底全球超級(jí)罐商,調(diào)查銹蝕對(duì)易拉罐和人類健康的影響;他也曾穿越北極,探尋銹蝕對(duì)跨阿拉斯加輸油管道的危害;他還曾會(huì)見五角大樓的防銹總司令,后者憂心忡忡地指出:美國海軍的死敵不是哪個(gè)國家,而是銹蝕!
在這趟險(xiǎn)象環(huán)生的調(diào)查中,瓦爾德曼見證了銹蝕的誕生、蔓延、危害與人類抗擊銹蝕的種種艱難。他以新奇有趣的筆觸,為我們揭開了現(xiàn)代世界隱秘的一面:銹蝕的影響無處不在,從我們的流通貨幣,到我們喝的自來水,甚至決定著我們留給地球的遺產(chǎn)。通過本書,我們得以從一個(gè)獨(dú)特的角度,去審視和思考人類在發(fā)展歷程中,應(yīng)如何與大自然和諧共處。
序言 毀滅美國的惡魔
銹蝕已經(jīng)撂倒了很多座橋梁,殺死了許多人。在核電站,銹蝕至少奪去了幾十條生命,幾乎造成核反應(yīng)堆熔化,還威脅到存儲(chǔ)著的核廢料。冷戰(zhàn)期間,它把最有威力的核彈頭變成了啞彈。它切斷了美國最長的輸油管道,導(dǎo)致美國不得不與歐佩克組織(OPEC)展開多次談判。它使軍用戰(zhàn)機(jī)與艦船不能良好地服役,導(dǎo)致一架F-16戰(zhàn)斗機(jī)及一架休伊直升機(jī)墜毀,還撕開了一架飛行中的商用飛機(jī)機(jī)身。20世紀(jì)70年代,隨著銅價(jià)飆升,電氣工程師們開始傾向于選擇鋁制電線,于是銹蝕又被牽涉到房屋火災(zāi)中來。
近來,在一場(chǎng)傷寒瑪麗[1]式的腐蝕蔓延案例中,含有硫化鍶的中國石膏導(dǎo)致弗吉尼亞州一些家用爐子不出兩年便完全銹壞。在十英寸直徑的巨型鐵槍攻克薩姆特堡[2]后的150年,銹蝕開始了它的報(bào)復(fù)行動(dòng)。聯(lián)盟部隊(duì)已經(jīng)開始用上航海級(jí)環(huán)氧樹脂及濕度傳感器。在銹蝕成為切斷動(dòng)力的幫兇并徹底迫停商船之前,它早已迫使這些商船減速。數(shù)以百計(jì)的檢修孔因它而爆裂,洗衣機(jī)也未能幸免,還有些熱水器因?yàn)樗鼪_破屋頂。它堵塞了消防水槍的噴頭這是氧化引起的雙重災(zāi)害[3]。它破壞了油箱,接著又把魔爪伸向發(fā)動(dòng)機(jī)。它卡住武器,撕毀消音器,破壞高速公路護(hù)欄,并像癌癥一樣在混凝土中傳遞。
它掘開了人類的墓穴。
它掘開了墳?zāi)?/b>
蘇森灣位于舊金山東北二十五英里,美國最大的銹蝕麻煩之一就在這里。眾多拴在錨上起起伏伏的商船,其生銹的嚴(yán)重程度讓朔望號(hào)相形見絀。實(shí)際上,這里是隸屬于美國運(yùn)輸部的國防預(yù)備艦隊(duì)基地,而運(yùn)輸部幾乎扮演著上帝的角色,試圖同時(shí)解決人與機(jī)器的需求。很多人進(jìn)行著日常檢查,早些時(shí)候因?yàn)榉刹唤∪,這些老舊的商船會(huì)被拖到外海鑿沉。如今,這些船已經(jīng)被腐蝕得太厲害了,很難再被拖出去重新上漆,也不值得拖到得克薩斯州去拆解。沒有其他更好選擇,得州還將是它們的終點(diǎn)。基于諸多混亂的因素考慮,2006年,美國海岸警衛(wèi)隊(duì)堅(jiān)持要求在船體被轉(zhuǎn)移之前先清除那些具有侵略性的貝類,而加利福尼亞水質(zhì)控制委員會(huì)則要求不能在所謂的清理期間污染海灣,并警告海事管理局,如果不如期拿出計(jì)劃表,將會(huì)面臨每天2.5萬美元的罰款。環(huán)保組織提起訴訟要求進(jìn)行研究,于是十位生物學(xué)家、生態(tài)學(xué)家、毒理學(xué)家、統(tǒng)計(jì)學(xué)家、建模人員以及測(cè)繪專家采集了蛤蜊與貝類,以及數(shù)百樣沉積物的樣品帶回去研究;與此同時(shí),船舶卻繼續(xù)生銹,最終導(dǎo)致一個(gè)不幸的結(jié)果:它們污染了整個(gè)海灣至少有二十一噸的鉛、鋅、鋇、銅以及其他一些有毒金屬從船體脫落,掉進(jìn)海里。如何解決這支預(yù)備艦隊(duì)的問題已變得頗為棘手,即便是對(duì)加利福尼亞任何環(huán)境問題都不忘發(fā)表點(diǎn)建設(shè)性看法的參議員黛安娜·范斯坦(Dianne Feinstein),也對(duì)此束手無策。
在東海岸,二十四名美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室的雇員們正全副武裝,在基韋斯特海軍航空站的棕櫚樹下夜以繼日地進(jìn)行著防腐蝕涂料研究。1883年,在這里成為航空站的很久以前,海軍顧問委員會(huì)就已經(jīng)測(cè)試了防腐蝕混合制劑,因?yàn)殇P蝕問題一直困擾著海軍部隊(duì)。如今的防腐蝕涂料或具有自愈性,或可在水下使用,或能在接觸銹點(diǎn)時(shí)變色但不管如何進(jìn)步,銹蝕問題仍然困擾著海軍。實(shí)際上,銹蝕是這支地球上最強(qiáng)海軍的頭號(hào)威脅。通過很多測(cè)試,并根據(jù)眾多海軍上將的描述(聽起來他們似乎就是運(yùn)輸部的官員),地球上最強(qiáng)的海軍正在輸?shù)暨@場(chǎng)戰(zhàn)爭。有一次,該部門的年度維護(hù)會(huì)議討論的議題就是大規(guī)模銹蝕;而佛羅里達(dá)實(shí)驗(yàn)室的格言則是:我們信仰銹蝕。
與船舶一樣,汽車領(lǐng)域里也充滿各種抱怨聲音。有人這么吐槽福特汽車:在一個(gè)安靜的夜晚,你可以聽到福特生銹的聲音。在俄亥俄州,汽車通常每年因生銹減輕十磅,也就是說每天晚上你的耳朵都可以欣賞到半盎司的金屬發(fā)出的奏鳴曲,其實(shí)不只是福特有這些現(xiàn)象,問題也延伸到了鐵銹地帶之外。自1972年起,因燃油泵生銹的問題,美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)已經(jīng)召回了七十五萬輛Scirocco、Dasher、Rabbit及Jetta等車型,還有幾乎同樣數(shù)量的汽車因剎車線生銹而被召回。在NHTSA的堅(jiān)持下,馬自達(dá)召回了超過百萬輛空轉(zhuǎn)臂生銹的汽車;而本田也召回了近百萬輛車,原因是車架生銹。因前懸掛生銹,克萊斯勒召回了約五十萬輛汽車;斯巴魯召回的數(shù)量也差不多,只是生銹的位置變成了后懸掛。再說回福特,因發(fā)動(dòng)機(jī)罩鎖扣生銹問題召回了近百萬輛探險(xiǎn)者(Explorer),又因彈簧易生銹召回了近百萬輛水星(Mercury)和金牛座(Tauruse);還因?yàn)檠埠娇刂崎_關(guān)生銹容易引發(fā)已停車輛起火的問題,近四百萬輛SUV和皮卡被召回,被視為史上第五大規(guī)模的汽車召回事件的重要組成部分。無論白天或黑夜,你都會(huì)聽到金屬生銹的聲音。銹蝕正在侵襲著門側(cè)踏腳板、車門鉸鏈、門鎖、底盤、車架、燃油管、安全氣囊傳感器、剎車、軸承、球窩接頭、變速線、發(fā)動(dòng)機(jī)電腦以及液壓軟管,從而引起轉(zhuǎn)向系統(tǒng)損耗、車輪損耗、變速系統(tǒng)損耗、油箱損耗、剎車失靈、安全氣囊失效、雨刮器損壞、車軸斷裂、發(fā)動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),以及高速狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)罩被掀開等問題。德羅寧(DeLorean)采用不銹鋼打造車身,老式的路虎則采用鍍鋅底盤,一些1965年版的勞斯萊斯也在車底鍍鋅……盡管汽車企業(yè)們各顯神通,但能逃過銹蝕魔爪的依舊寥寥無幾,F(xiàn)代、日產(chǎn)、吉普、豐田、通用汽車、五十鈴、鈴木、梅賽德斯、菲亞特、標(biāo)致、雷克薩斯以及凱迪拉克都因?yàn)殇P蝕的問題召回過汽車。風(fēng)馳通輪胎公司也多次為銹蝕買單,他們召回了數(shù)百萬條鋼絲生銹的子午胎。消費(fèi)者權(quán)益組織公共市民(Public Citizen)的主席瓊·克萊布魯克(Joan Claybrook)有過這樣的評(píng)價(jià):他們?yōu)榱苏倩囟鴦?chuàng)造的名目比卡特制藥廠的肝藥丸還要多。不過,NHTSA并沒有為銹蝕羅列什么名目,每次召回的理由都是生銹。美國腐蝕研究領(lǐng)域的教父、冶金工程師馬爾斯·方塔納(Mars Fontana)曾調(diào)侃說,除了他已經(jīng)定義的八種腐蝕形式以外,還應(yīng)該再加一種汽車腐蝕。
在被美國運(yùn)輸部稱作鹽帶州的二十一個(gè)州美國本土的右上象限,密蘇里州堪薩斯城東北方向的所有區(qū)域都很難從這場(chǎng)災(zāi)難中逃脫。在戰(zhàn)后的郊區(qū),州運(yùn)輸部門就像癮君子依賴毒品一樣依賴融雪鹽(氯化鈉或氯化鈣)。1970年之前,高速公路上的融雪鹽使用量每五年翻一番。全美每年使用的融雪鹽大約達(dá)到一千萬噸,自那以后,用量的波動(dòng)較為平緩。很不幸的是,融雪鹽中的氯與氧氣一樣活潑,而且持久性更強(qiáng)。1990年,全美花費(fèi)在融雪鹽上的總支出達(dá)到五億美元;羅伯特·巴伯以安(Robert Baboian)加入交通研究署研究這一案例,他是個(gè)直言不諱的腐蝕工程師,而且在公共與私人咨詢方面相當(dāng)有經(jīng)驗(yàn)。他寫道:現(xiàn)在削減經(jīng)費(fèi)已經(jīng)沒什么用了,因?yàn)槿谘}已經(jīng)開始與橋梁中的鋼發(fā)生反應(yīng),氯離子鉆入其中,就像數(shù)以萬億計(jì)的抽搐那樣。噴灑融雪鹽雖然能讓你的子午胎在下雪天正常滾動(dòng),卻也會(huì)對(duì)美國的橋梁造成非常糟糕的影響。2001年對(duì)全美腐蝕成本的研究發(fā)現(xiàn),這些橋梁的維護(hù)費(fèi)用是運(yùn)輸部經(jīng)費(fèi)中的大頭,相比之下,融雪鹽的這點(diǎn)成本就顯得像芝麻點(diǎn)大了。
得益于更好的設(shè)計(jì)(減少可能附著泥土及水分的面積)、鍍鋅組件、更優(yōu)異的底漆與面漆以及鹽霧箱(供測(cè)試汽車用的大型蒸汽爐)測(cè)試等,在世紀(jì)之交時(shí),汽車制造商們總算在銹蝕問題上取得了或多或少的進(jìn)步。但橋梁方面卻沒跟上,不過也很少有機(jī)構(gòu)在這件事上挑運(yùn)輸部的毛病,畢竟運(yùn)輸部的能力再大也有限。他們指出,一輛新車你買得起,一架新飛機(jī)就不那么容易了。對(duì)于機(jī)場(chǎng)跑道,聯(lián)邦航空管理局禁止使用一般的含氯融雪鹽,而代之以諸如醋酸鹽、甲酸鹽和尿素之類的除冰劑,最為常用的則是醋酸鈣鎂。相比于一般的融雪鹽,醋酸鈣鎂對(duì)鋼和鋁的腐蝕性分別只有1/5和1/10,但成本達(dá)到了十二倍;對(duì)飛機(jī)進(jìn)行除冰,機(jī)場(chǎng)方面則依靠乙二醇。如果你真的想讓車子的壽命更長些,那就專門去機(jī)場(chǎng)跑道上開吧。
在聯(lián)邦航空管理局管轄的范圍以外,銹蝕帶來的麻煩隨處可見。石油鉆柱設(shè)計(jì)人員會(huì)在海上鉆井平臺(tái)的底部額外增加一英寸的鋼鐵作為腐蝕裕量。有些工程師會(huì)在安裝衛(wèi)生間設(shè)施時(shí)預(yù)防尿液飛濺,而橋梁設(shè)計(jì)工程師們則要考慮具有腐蝕性的鴿子排泄物。為了保證可樂罐在你買到之前不會(huì)生銹,很多工程師付出了巨大的努力。依靠腐蝕測(cè)試技術(shù)(由巴伯以安研制),美國造幣廠設(shè)計(jì)出新的一美元以及各種面額的分值硬幣;事實(shí)上,美國政府也不想損失貨幣。芝加哥的云門是一座豆子造型的雕塑,六十英尺高,上百噸重,采用一種低硫不銹鋼構(gòu)建;即使面對(duì)芝加哥神一樣的其他部門撒下的融雪鹽,它也可以抵御一千年。發(fā)動(dòng)機(jī)油、汽油以及冷卻液中也都含有腐蝕抑制劑,濃度從百萬分之幾到千分之幾不等。汽油中的抑制劑不僅能夠保護(hù)你的汽車油箱,也能為加油站的地下儲(chǔ)油罐和汽油輸送管道提供保護(hù)。為了保護(hù)水管,自來水中也添加了腐蝕抑制劑。我住在科羅拉多州大陸分水嶺以東二十五英里處的小鎮(zhèn),這里的自來水添加了生石灰(氧化鈣),而其他一些城市則使用氫氧化鈉或磷酸鹽。鎮(zhèn)上的工程師們從一個(gè)五萬磅的儲(chǔ)罐里取出這些物質(zhì),像篩面粉一樣加入水中,讓其與水中的酸性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。最清澈、最安全、最干凈的水是呈弱酸性的,因此也具有腐蝕性。他們持續(xù)加入生石灰,直到這些水變成弱堿性。水從落基山脈流下,匯入密西西比河,又經(jīng)過沿途更多城市的類似處理,最終充滿了鈣元素和鎂元素,變成了大家所說的硬水。倒不是公共設(shè)施部門非要讓這些水變硬,他們只是想通過加入陽離子,降低水的腐蝕性以保護(hù)水管。政府對(duì)水管的態(tài)度就如同運(yùn)輸部對(duì)飛機(jī)的態(tài)度一樣:值得付出代價(jià),令其使用壽命盡可能長。至于那些被礦物質(zhì)諸住的蓮蓬頭與水龍頭,反正和福特汽車一樣,可以維修或更換。
只有少數(shù)《財(cái)富》500強(qiáng)的企業(yè)(大多來自金融、保險(xiǎn)或銀行業(yè)),可以獲得銹蝕危害的豁免權(quán)。當(dāng)然,銹蝕問題也是他們?cè)诳紤]將服務(wù)器存放在何處時(shí)最重要的因素。為了抑制服務(wù)器機(jī)房的銹蝕,企業(yè)采用除濕器和空氣濾芯去除臭氧、氟化氫、硫化氫、氯氣、二氧化硫和氨氣,以達(dá)到痕量級(jí)(比十億分之幾還要低)。西蘭公國(北海地區(qū)的一個(gè)微型平臺(tái))的服務(wù)器機(jī)房充滿氮?dú),任何人想要進(jìn)入時(shí)都需要穿上潛水裝備。這樣缺氧的環(huán)境提供了一種絕對(duì)保護(hù),足可抵御銹蝕。
銹蝕是如此普遍,就連《圣經(jīng)》中提到它也頗為悲觀。《馬太福音》第六章第十九節(jié)如此寫道:不要為自己積攢財(cái)寶在地上,地上有蟲子咬,能銹壞,也有賊挖窟窿來偷。如果環(huán)境不適合儲(chǔ)存,他人也來搗亂,那你為什么還要努力?有一句意第緒語[1]的諺語也表達(dá)了相同的必然性:麻煩之于人,如銹之于鐵。銹蝕就是這樣一個(gè)重要問題,以至于1810年的英國海軍使用鐵船的議案比木船還難以通過,反對(duì)理由是:鐵不能游泳。勞埃德集團(tuán)也不為船齡二十年以上的金屬船舶承保。
在工業(yè)化時(shí)期的美國,曾有作家表示銹蝕是十足的毀滅者,還有一位更直截了當(dāng),稱其為魔鬼;銹蝕看上去就是這么一個(gè)大威脅,所以城市批評(píng)者們認(rèn)為用鋼鐵來建造摩天大樓的行為十分愚蠢。1902年的芝加哥,工程師們因腐蝕速率的問題爭論不休,預(yù)測(cè)全市第一座鋼結(jié)構(gòu)建筑會(huì)在三年后倒塌。同一年在紐約,這座城市最早期的摩天大廈之一八層高的帕布斯特大樓被拆除(為阿道夫·奧克斯的二十五層時(shí)報(bào)大廈騰出空間),它被拆分得很細(xì)致,鋼梁是鋼梁,螺栓是螺栓,用于給工程師們研究潮濕氣候?qū)︿摬牡挠绊。很多人都說,在沿海地區(qū)建造這些建筑很不可理喻。
20世紀(jì)末,司法意見認(rèn)為銹蝕問題無法避免,并且十分危險(xiǎn)。印第安納州上訴法院的法官琳達(dá)·徹澤姆(Linda Chezem)指出某加油站的地下儲(chǔ)油罐(UST)發(fā)生泄漏的案件是因銹蝕而起的,發(fā)生地點(diǎn)位于印第安納波利斯和芝加哥兩城中點(diǎn),正好位于鐵銹地帶。她這樣寫道:
證據(jù)表明,殼牌石油與聯(lián)合石油公司知道鋼制儲(chǔ)油罐容易受到腐蝕,最終出現(xiàn)了儲(chǔ)油罐泄漏的問題。這樣的泄漏問題是無法解決的(基于20世紀(jì)80年代的技術(shù)),緩慢的泄漏對(duì)于加油站的工作人員而言,幾乎無法被檢測(cè)出來(采用原始的試紙法檢測(cè)),因此這一問題的解決需要大量的工程學(xué)知識(shí)以及超出加油站老板能力范圍的財(cái)力。泄漏事故發(fā)生后,少量的汽油滲入地下水中,長期來看,其中的苯將會(huì)污染整個(gè)社區(qū)的飲用水,而苯是一種人體致癌物質(zhì)。
換句話說是這樣的:鋼鐵啊,這東西實(shí)在太不靠譜!每個(gè)人都知道!毀滅就是它的命運(yùn),如果不去處理,我們都會(huì)因此罹患癌癥。
甚至在外太空也存在銹蝕的問題,罪魁禍?zhǔn)资窃友酰ǘ皇茄醴肿樱,這對(duì)美國航空航天局來說算是不小的挑戰(zhàn)。銹蝕無處不在,這也就是為何鐵鍋要涂上油層,為何銅線要加上保護(hù)層,為何燈泡不能進(jìn)氧氣,為何火花塞電極需要用釔、銥、鉑或鈀等金屬,為何嚴(yán)重的牙科手術(shù)需要付出昂貴代價(jià)。美國的最高防銹官員稱銹蝕為無處不在的威脅。
幾乎所有的金屬都容易發(fā)生腐蝕。銹蝕通常會(huì)導(dǎo)致可見的痕跡:鈣會(huì)變白,銅會(huì)變綠,鈧會(huì)變粉,鍶會(huì)變黃,鋱會(huì)變褐,鉈會(huì)變藍(lán),釷會(huì)變灰再變黑。銹蝕把火星都染紅了,而在地球上,它則造就了大峽谷、紅磚和墨西哥瓷磚那血一般的顏色。它是個(gè)殘忍的敵人,從不休息,同時(shí)在不斷地提醒我們:金屬就跟我們一樣,無法永生。如果是《廣告狂人》里的唐·德雷柏(Don Draper),他大概會(huì)說,金屬就像少女一般:罕見而又無與倫比地美麗,而且迷人得不可思議;但也需要持續(xù)關(guān)心、仔細(xì)觀察,因?yàn)樗芸炀蜁?huì)變老,而且內(nèi)心不忠。這可是現(xiàn)代社會(huì)最重要的材料!然而,銹蝕還是偷偷地發(fā)生著。只因它比颶風(fēng)、龍卷風(fēng)、火災(zāi)、暴雪和洪水更為緩慢,在這樣一場(chǎng)戲劇中,銹蝕是最不起眼的,更沒有屬于自己的頻道。但是,銹蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失比上述自然災(zāi)害加起來都要大,達(dá)到美國GDP的3%,即每年4370億美元,超過瑞典的GDP,相當(dāng)于人均1500美元。如果你生活在俄亥俄州或者擁有朔望號(hào)那樣的帆船,這個(gè)數(shù)字還要大一些;如果你指揮一艘航空母艦,那這個(gè)數(shù)字就不只是大一點(diǎn)了。