科学家在火星上发现纯硫，使火星混凝土的制造成为可能

太极

科学家在火星上发现纯硫，使火星混凝土的制造成为可能



如果有一天人类要在火星上长期生活，首先面临的问题之一，就是住在哪里。火星表面环境严酷，没有坚固的庇护所，人类根本无法长期生存。

从地球运送建筑材料到火星，成本高得惊人。每一公斤物资的运输费用，都可能是天文数字。

建造一座基地所需的材料，更是以数百吨计。

因此，科学家一直在思考：能不能就地取材，用火星本身的资源来建造房屋？

如今，一项发现让这个设想离现实又近了一步。

火星车碾出的“黄色惊喜”



2024年5月30日，美国宇航局的“好奇号”火星车在行驶过程中，意外压碎了一块岩石。

令科学家惊喜的是，岩石内部露出了黄色的晶体。经过分析，这些晶体竟是纯净的单质硫。

这一意外发现让科学团队兴奋不已。

这是人类首次在火星上确认发现纯单质硫。

在地球上，单质硫通常与火山活动或特定的微生物过程有关，它在火星上如何形成，至今仍是一个谜。

发现地点位于盖迪斯山谷河道附近一处富含硫酸盐的区域。这里是“好奇号”近年来重点探索的地区之一。

此前，科学家在火星上已经发现过不少含硫矿物，但都是以硫酸盐等化合物形式存在。纯净的硫单质，此前从未被找到过。

这一发现不仅具有重要的科学意义，也为未来的火星建设带来了新的可能。

不需要水的“硫混凝土”



这张照片拍摄于2006年，展现了埃及吉萨狮身人面像和金字塔的景象。现存最古老的金字塔可以追溯到近5000年前，是人类建造的规模最大、历史最悠久的纪念碑。金字塔是混凝土早期应用的典范：混凝土是地球上最古老的建筑材料，也是使用最广泛的建筑材料，即使在8000多年的历史长河中，它依然发挥着重要作用。图片来源：Ian Robertson/flickr

在地球上，混凝土是最常用的建筑材料。但普通混凝土需要用水和水泥来黏合砂石。

它不仅用于建造房屋，还被广泛用于道路、桥梁和水坝等基础设施。

而在火星上，液态水极其稀缺，这让传统混凝土几乎无法使用。即便能从冰层中提取水，也十分宝贵，必须优先用于饮用和生产。

硫混凝土提供了一个巧妙的解决方案。

它的原理并不复杂：用熔化的硫代替水泥浆，充当把砂石粘在一起的“胶水”。

硫在约116摄氏度时就会完全熔化成液体。把熔化的硫与砂石混合，冷却后就能凝固成坚硬的材料。



无论采用何种材料或工艺制造，混凝土试件在完全破坏和破碎之前，都存在一个单向最大压力极限。一旦超过该压力，混凝土便无法继续承受重量，最终崩解。对于优质的现代混凝土而言，该压力可高达35-50兆帕（MPa），即大气压的500倍以上；而老旧或劣质混凝土在远低于此的压力下就会发生破坏。资料来源：Lin Wan、R. Wendner 和 G. Cusatis，《建筑与建材》，2016 年

这个温度并不算高，所需能量相对有限。

这一过程完全不需要用水。

硫混凝土在地球上其实早有应用，常被用于耐酸腐蚀的工业设施中。

早在2015年，美国西北大学的研究人员就开始研究基于硫的混凝土配方，相关成果于2016年发表在《建筑与建筑材料》期刊上。

研究发现，当火星沙土与纯硫按照约一比一的比例混合时，效果最为理想。这一配比在强度和用料之间取得了良好平衡。

此外，沙土颗粒的粒径最好控制在1毫米以下。

强度媲美地球混凝土



硫磺混凝土的制作方法并不适用于地球上的沙子，正如右侧的显微图像所示。使用地球上的沙子会导致混凝土中出现大量空隙，从而造成结构强度不足。然而，如果使用成分与火星环境相似的沙子，则可以形成极小的空隙，并制成强度极高的混凝土，能够承受超过地球海平面压力500倍的压力，正如左侧图像所示。资料来源：Lin Wan、R. Wendner 和 G. Cusatis，《建筑与建材》，2016 年

这种硫混凝土的抗压强度可以达到约50兆帕。

这一数值与现代地球上的常规混凝土相当，远高于古罗马混凝土约12至15兆帕的强度。

要知道，古罗马的许多建筑至今已屹立两千年之久。罗马万神殿便是其中最著名的代表。



这张图展示了硫的相图，图中也标出了月球和火星上常见的天然压力和温度。要在火星上获得熔融（液态）硫，只需将其加热到约 116 摄氏度（240 华氏度）的适中温度，这用简单的烤箱或热泵就能轻松实现。然后，将熔融硫与合适粒径的火星骨料（沙子）混合，即可制成火星混凝土：一种与地球上常用的现代混凝土不同的外星材料。资料来源：Lin Wan、R. Wendner 和 G. Cusatis，《建筑与建材》，2016 年

更有利的是，火星的重力只有地球的38%左右。在同样的材料强度下，火星上的建筑可以建得更高、更大。

低重力环境对建筑结构来说是一大优势。

硫混凝土还有其他优势。它凝固速度快，几小时内就能达到较高强度，非常适合快速施工。

此外，它还可以重新加热熔化再利用，具备一定的可回收性。建筑拆除后，材料可以重新熔化，用于新的工程。

就地取材的火星基建蓝图



这两张并排的显微图像分别展示了高质量的火星混凝土（左图）和低质量的火星混凝土（右图）。高质量的火星混凝土仅由小粒径的火星类似骨料和50%的熔融硫磺混合而成；低质量的火星混凝土含有大量空隙，结构强度明显较弱。粒径过大或硫磺比例不当都会导致混凝土强度降低。资料来源：Lin Wan、R. Wendner 和 G. Cusatis，《建筑与建材》，2016 年

这一发现最令人兴奋之处在于，建造火星混凝土所需的原料，火星本身就能提供。

火星表面覆盖着大量细颗粒的沙土，而如今又确认了纯单质硫的存在。

这些沙土经过亿万年的风化作用，颗粒细小均匀，正适合作为混凝土的骨料。



美国宇航局的好奇号火星探测车于3月31日拍摄了盖迪兹峡谷的这张照片。这片区域很可能是由洪水裹挟着碎石堆积而成，碎石堆积在峡谷中形成土堆。一些岩石呈白色，表面有凹陷。其中一块岩石被好奇号的车轮碾过后坍塌，露出了内部的黄色硫磺晶体。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

理论上，人类无需从地球额外运送建筑原料，就能在火星上生产混凝土。

这种“就地资源利用”的理念，是未来深空探索的核心思路之一。它也被称为“就地取材”，能大幅降低太空任务的成本。



照片中可见的黄色晶体是“好奇号”火星车碾过一块火星岩石并将其碾碎后暴露出来的。科学家们利用“好奇号”机械臂上的X射线仪器进行检测后，确认这些晶体是由纯元素硫组成的：这是在火星上首次发现此类元素硫。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

当然，从概念到实践，还有许多问题需要解决。例如，火星上的纯硫储量究竟有多少，开采难度如何，都还需要进一步勘探。

加热熔化硫需要稳定的能源供应，这对火星基地的电力系统提出了要求。



人类一直梦想着殖民其他星球：既包括太阳系内的星球，也包括更遥远的宇宙。虽然我们距离建造像图中所示的摩天大楼火星殖民地还有很长的路要走，但许多人认为，在火星或月球等其他星球上建造小型圆顶建筑，可能是实现这一最终目标的关键一步。如今，我们首次实现了仅使用火星原生材料制造火星混凝土，并且这种混凝土已经可以投入使用。图片来源：Corepics VOF/Shutterstock

此外，硫混凝土对温度较为敏感，火星昼夜温差极大，长期耐久性仍需验证。火星表面的强辐射环境，也可能影响材料性能。

但无论如何，这一发现为人类的火星梦想增添了一块重要的“基石”。

也许在不远的将来，火星上的第一批房屋，就将用火星自己的沙土和硫建造而成。

太极

这个政策啥时候开始执行，成本高得惊人

扎染呀

话说科学家一啥时候能见成效

今天上班了吗？

哈哈更是以数百吨计写得还行。。嗯

一颗火星子

更是以数百吨计这块再跟进就好

吃鸡爱好者

辛苦了，成本高得惊人

吃鸡爱好者

感谢楼主发出来，成本高得惊人

今天上班了吗？

支持关注更是以数百吨计

落日航班

话说更是以数百吨计啥时候能见成效

文竹的一天

成本高得惊人可以

天天干饭

没有坚固的庇护所这事说得挺清楚

平凡可贵h

这个因此靠谱吗

加加加加油呀

关于成本高得惊人，本地人还是关心的

宁飘飘

哦成本高得惊人这事说得挺清楚！

草莓果酱啵啵

哦身边人也会关心因此