玛雅文明是世界著名的古代文明之一,与东方古文明共同构成世界古代文明体系。从公元前年,玛雅人开始从事农业活动,到公元年,最后一个玛雅城邦毁于殖民侵略者的炮火,延续了余年的玛雅文明彻底消失,同时也为后人留下了永久灿烂的文化。作为深厚底蕴的玛雅文明体系组成部分之一,玛雅人在蒂卡尔城(如今的危地马拉)建造了历史上最古老的沸石滤水系统,其将沸石与粗石英砂混合在一起过滤储水,确保饮用水源中的污染物,如微生物、重金属和氮化合物得以净化,并且科研学者Tankersley表示,玛雅人发明的沸石滤水系统,领先了人类文明数千年(Smithsonian杂志
参考文献:《科学报告》论文)。
玛雅人的水污染问题
作为玛雅时代最强大的城邦之一,蒂卡尔城亦是玛雅文明中最大的遗弃都市。蒂卡尔地处玛雅世界的核心,位于如今的危地马拉佩腾地区。美国宾夕法尼亚大学科学家在对蒂卡尔的考察中发现,该地区人口众多且稠密,是一个密集的聚集地,人口密度相当于现代我国的农村地区。
来自《科学报告》杂志的最新研究发现,在蒂卡尔的四个中央水库中发现了大量有毒的汞及其他重金属物质和藻类,并通过地球化学分析发现,离城市宫殿和庙宇最近的两个水库中汞等重金属的含量极高且具有毒性。研究人员认为大量的水体重金属污染来自于玛雅人用来装饰建筑物、陶土和其他物品的色素,在暴雨期间,颜料中的重金属物质多年来沉积在水库底部的沉积物中形成毒素,加之水体中的大量藻类污染影响,长此以往对玛雅人的饮用水造成了严重污染。
沸石滤水系统:超越现代文明的玛雅文化产物
美国科研人员从废都蒂卡尔(位于危地马拉北部丛林)的三大水源之一——Corriental水库中发现了一个复杂的饮用水过滤系统,其为当时蒂卡尔居民重要的饮用水来源。研究人员通过该系统底部的沙土中发现了沸石与粗石英砂两种矿物质。
沸石作为一种天然的铝硅酸盐矿物,内部硅铝氧组成的骨架中有很多形状规则的空腔和连接空腔的通道,是一种具有特殊结构的多孔材料,在当前也被应用于诸多过滤水系统中。
研究人员认为,沸石作为一种裸露、风化的火山凝灰岩,不应存在于大陆内部的水库中,因此美国辛辛那提大学(UniversityofCincinnati)多个领域的专家,包括人类学家、地理学家、生物学家和考古学家合作研究认为,这两种矿物很有可能是玛雅居民从蒂卡尔东北大约30公里(18英里)的地方开采出来并人为置于水库中,用于建造这样的过滤系统。
其中作为研究团队的发言人,坦克斯利(KennethBarnettTankersley)教授说,这个沸石过滤系统可能有助于为当时的玛雅人除去水中有害的微生物、富含氨氮的化合物及其他重金属等有毒物质,并且也可以有效去除水体中的藻类污染。“有趣的是,这个今天仍然有效的过滤系统,玛雅人在两千多年前已经发现了。”坦克斯利说,“玛雅人建造的这个系统是至今为止发现的同类系统中最早的一个。下一步,我们将打算了解在远古时期的玛雅文明中,这种系统使用的范围究竟有多广。”
沸石依托于自身特殊的多孔隙物理结构,具有出色的吸附性、离子交换性,因此可以有效地过滤水体。即便是被誉为有过发达文明的古希腊人和古罗马人,同时期也仅将沸石用作水泥的原料之一建造桥梁,直到20世纪初才认识到它的水处理优势,将其运用于水过滤中。智慧、聪明的玛雅人却在多年前将沸石过滤系统投入到Corriental水库中使用,其亦是我们目前已知的世界上最古老的饮用净水方法。
玛雅人怎么知道沸石可以净化水?
研究人员带着问题进行考察,于蒂卡尔东北约30公里的地方发现了目标,这里的火山凝岩主要成分是沸石、石英砂。因为自然风化而形成了漏层,可以让水快速渗入,形成了较大的含水层。水层中的水异常清澈,经检验发现这里的水达到了直饮水的标准。所以研究人员猜测玛雅人可能是根据水质,判断这里的矿物具有净化水的功能。
接着,研究小组在含水层中提取矿物质后,发现与沸石净水系统中的物质一致,同时使用放射性碳测年法确定了它们的年龄,并将其追溯到至年前,其验证了他们的猜测。据研究人员的还原,玛雅人的沸石净水系统很可能是在水坝后放入大量过滤网,过滤网是用芦苇或棕榈纤维垫将沸石和石英晶体(均为沙粒大小)编织为一体。总之,在水过滤管理方面,玛雅人领先了世界多年。
沸石过滤系统的原理揭秘
沸石依托自身独特的晶体结构,是一种极性吸附剂,具有离子交换、吸附、分离等多重功能,且沸石的表面粗糙、比表面积大、比重小,因此是一种优质的天然滤料。由于离子交换作用,沸石对氨氮有良好的去除效果,去除率在95%以上,而常规水处理工艺中滤料对氨氮的去除能力仅为15%,因此沸石可显著增强过滤单元去除氨氮的能力。
另外,重庆大学城市建设与环境工程学院的研究人员通过试验表明,沸石对水体中部分污染物具有较好的去除效果,如对LAS、苯酚、三氯甲烷的去除率分别达到17.7%、34.0%、44.45%,说明沸石吸附处理能有效改善出水水质。
除此之外,沸石在长期实现吸附去除作用同时,可以对微生物起到良好的负载作用,有利于微生物的生长,创造了生物去除氨氮的良好环境。这些微生物与浮藻形成营养和生存空间的竞争,破坏浮藻的优势种格局,抑制浮藻类的繁殖,因此得以抑制水体的富营养化程度。
对玛雅文化消失的原因,还有许多猜测,并且大量研究人员依旧在继续研究着这些谜题。但是不可否认的是,古玛雅人善于创新的思维,让他们的文明体系不逊色于现代文明。沸石作为优秀的环保友好型材料,孔隙率大,滤层截污能力强,能够对水体中的污染物进行有效过滤与处理,达到净化水质的目的,对水处理各个领域均有着优良的处理效果,因此是一种值得推广可行的新型环保水处理材料,必能在未来的水处理领域中大放异彩,传承人类的古文明精髓。