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我们祖先凿出千米深的盐井,用天然气煮卤水,堪称第五大发明,古人为吃盐用了多少“黑科技”?

已有 741 次阅读 2023-11-26 09:39 |系统分类:科普集锦

编者语:古人通过天然气煮卤水,巧妙提取盐,展现了中国古代劳动人民的非凡智慧,这一古老而奇妙的过程不仅展现了古代中国人在科技方面的创新和智慧,也为我们留下了宝贵的文化遗产。这段历史让我们深刻领悟到,即便在没有现代科技的年代,劳动人民通过对自然的细致观察和灵活运用,创造出了令人惊叹的科技成就。这一古老的技术传承和创新的精神,值得后人珍惜和学习。

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清代石刻图——井盐图说

引言:盐是百味之源,承载着古代中国人千百年的智慧和劳动。这个看似普通的矿物,在古代扮演了食物调味、食品保存的关键角色。然而,这千年传奇的故事中,另一个不可忽视的主角悄然出现,那就是天然气。在四川盆地,这片曾经的海洋孕育了丰富的盐资源。古人为了获取这一宝贵的调味之物,通过劳动和智慧,开凿了盐井,为中国的饮食文化注入了源源不断的滋味。而在这个传奇的过程中,他们无意中发现了天然气,为古代的科技与劳动融合创造了新的奇迹。

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曾经的自贡,天车林立,盐井遍布,“千年盐都”名不虚传
   以自贡为代表的井盐业,享誉世界,被誉为“千年盐都”。这片土地创造了无数令全球瞩目的奇迹:首创工业性开采的气水田——自流井气田;打造了世界上第一口超千米深的盐井——燊海井;率先实施招商引资项目,开启了扇子坝盐井的商业新纪元;19世纪中叶涌现中国最大的工场手工业主——自贡盐业的“四大家族”;引领盐井锉钻技术成为世界领先、被誉为中国第五大发明;创立中国首口岩盐井——发源井;率先采用蒸汽机车进行汲卤;累计开凿盐井最多(13000多口)等辉煌业绩。历史上这里盐井林立,井盐是支撑这座城市发展的支柱产业,据1938年的统计,自贡有盐井470眼,煎锅6500口,其中又以大安居多,自贡盐井多,大安是个窝。如今在自贡市大安区,依然保留着一口古老且不同寻常的盐井,它就是位于大安区大安街289号的燊(shen)海井,这是人类历史上第一口人工钻凿的千米深井,关键是近200年后,它依然能够使用,堪称自贡盐井的活化石。 
 1943年,英国伦敦皇家学会会员李约瑟士来自流井考察,并拍摄了当地盐业实况的图片。1948年,他以在华考察的经历为基础,陆续撰写巨著《中国科学技术史》,他在书中赞叹“ 这是20世纪中国完备的手工工场”。


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图为李约瑟(中)考察情形 (来源:自贡市档案馆 )

盐井的深度与天然气的相遇
自贡,是中国盐都,曾经是一片海洋,亿万年的演变在这里形成了深厚的膏盐沉积。随着地壳运动,这些膏盐逐渐被封存在地下,形成了巨大的地下卤水层。而正是在盐井的开凿中,人们意外地发现了丰富的天然气资源。两千多年前,位于四川自贡的狭窄地带成为了一个巨大的盐产区,这里陆续涌现出了惊人的13000多口盐井。这盐井群不仅仅是深度的象征,有的井竟然深达1000米,即便按照平均深度300米计算,也相当于凿穿了400多座珠穆朗玛峰。

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                       曾有一座历史上最高的天车,高达100余米
筒井,是中国古代冲击式顿钻凿井技术的杰出代表。通过机械化的钻探方式,卓筒井不仅将盐井的深度推向了新的高度。其冲击式的顿钻凿井法,成为中国第四大发明之后的又一伟大发明。千米深度,不仅是技术的胜利,更是劳动者对于挑战的超越。展现了中国古代劳动的巨大力量,同时也为世界钻井技术的发展贡献了巨大的智慧。提取卤水所用的天车天车都相似,都是由圆杉木以麻绳或竹篾绳捆扎而成,竖立在盐井口,用于盐井的凿挖和汲取盐卤。

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盐井深度不同地质年代地层层序对照示意图
筒井的巧妙工艺与现代石油钻探的前身
   1835年的燊海井成为冲击式顿钻凿井技术的代表。清朝时期,四川几位农民开凿了一口深井,竟然直接影响了世界的发展。而这口井就是大名鼎鼎的燊海盐井。可能很多人会觉得一口盐井,能有这么重要?但事实就是如此,这口盐井不仅影响了中国,还影响了世界。惊人的是,这一技术完全依赖人力,耗时3年,最终凿成一口超千米的盐井,深度达到1001.42米。这一壮丽成就在当时突破了井深千米的大关。对比当时的美国,他们在同一时期的油井深度仅达到21米。
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十年后,美国方才运用类似的凿井技术,开凿出了约518米深的盐井,而这个时候,燊海井已经成为中国古代钻井工艺成熟的标志。这个过程不仅仅是古代中国人在盐井开采上的技术创新,更是他们对工艺的深刻理解和勇于挑战深度极限的勇气的展示。这不仅在当时为全国1/10的人口提供了食盐,同时也为中国古代的工艺水平树立了里程碑。这段历史同时也见证了人类对地下资源的探索。这一时期的盐井工艺,被认为是中国古代钻井技术的开创者。  

在同一时期,西方社会正经历着工业革命,这一发展推动了对石油这一现代工业的必需品的巨大需求。然而,当时的石油开采手段相当有限,狄拉克设计的开采设备仅能向下挖掘几十米,远不能有效地开采石油。与此同时,中国农民却凭借人力开挖上千米深的盐矿,当这一情况传到西方时,外国人感到非常震撼。他们难以置信,在这个当时被认为相对落后的国家,竟然存在如此神奇的事情。因此,许多人纷纷前来,希望学习卓筒井的开采技术。这种技术对于当时石油开采领域的发展产生了积极的影响。

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如今在自贡市大安区,依然保留着一口古老且不同寻常的盐井,它就是位于大安区大安街289号的燊(shen)海井

自贡是卓筒井发源地之一,卓筒井发展出一套完善的工艺流程:包括钻井、汲卤、晒卤、滤卤和煎盐。卓筒井的原理其实相当简单,基于古代中国广泛应用的杠杆原理。卓筒井的关键在于三项技术的巧妙结合:圆刃锉、表层套管、扇泥筒,而扇泥筒上安装了单向阀门。这一整套技术在当时被认为是极为先进的,展现了卓筒井的独特魅力。事实上,在卓筒井时期,人们在盐矿开采的过程中就已经发现了现代天然气和石油。随着开采深度的不断增加,地下的石油和天然气得以浮现,为后来的石油勘探提供了宝贵的经验。西方近代的蝇式顿钻钻井方法中,相当多的技术是受到卓筒井的启发而来的,是在卓筒井的基础上进行了改进和创新。即便在现代,例如我国大庆油田,许多用于石油开采的设备都汲取了卓筒井的部分技术和工艺,显示出卓筒井对现代石油勘探和开采领域的深远影响。

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在古代中国,卓筒井的奇迹不仅仅是深邃的盐井,更是古人智慧的结晶。通过卓筒井的发明,古代劳动人民在没有现代科技的情况下,运用简单的机械原理,创造性地应用了圆刃锉、表层套管、扇泥筒等技术,形成了一整套盐井工艺流程。这一智慧的体现不仅仅在盐井的开凿,更在于人们对卤水的汲取、运输、煮制的巧妙处理。通过汲卤筒、扇泥筒、天车等工具的灵活运用,古代盐工们成功地提取了丰富的盐分,成就了中国古代盐都的辉煌。

而更为惊艳的是,古代中国人不仅利用竹子和天然气创建了输气管道,还在煮卤的过程中,早在公元前200年左右就开始使用天然气。这种早期的天然气利用,不仅为盐的提取提供了便利,也使中国成为世界上最早发现和使用天然气的国家之一。卓筒井的原理之简单,却蕴含了古代中国人深刻的机械理论和创新思维。这一古老而神奇的技术,在盐井的背后,流淌着古代智者们的智慧之泉。正是这些千年积累的智慧,构筑了中国古代工匠们为解决生活问题而付出的不懈努力,成就了卓筒井这一震撼世界的伟大发明。回首千年岁月,我们在卓筒井的深井中感受到的不仅仅是卤水的味道,更是中国古代人民在科技、工程和创新方面的杰出成就。这段古老的历史,如同一本生动而精彩的百科全书,记录着古代中国人民用智慧和勤劳创造的不朽传奇。


盐井与天然气的完美结合

盐井开凿只是开始,为了将卤水、碎石泥土提升至地面,盐工们发明了天车与汲卤筒。这种高大坚固的天车,与深井提升汲卤筒的结合,通过定滑轮的设计,成功将卤水提升至地面,极大地减轻了人力劳动的负担。
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通过定滑轮的设计,成功将卤水提升至地面
而令人惊叹的是,古人在煮卤制盐的过程中并非使用柴火,而是运用天然气。临邛火井的发现,让我们看到了中国是世界上最早发现和使用天然气的国家。竹子根根相连,创造出了天然气运输管道,输送到大锅下方,为煮卤提供了源源不断的清洁能源。这一技术创举,与后来的石油、天然气的开采技术相辉映,揭示了中国古代天然气利用的辉煌历史。
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四川盆地的古代天然气奇迹

   另外,自贡还采用一种称为“竹蒸法”的方法,通过在竹筒中加入咸水,蒸发水分,从而留下盐结晶。尽管这种方法相对简单,但仍需要一定的技术和经验。然而,更令人惊奇的是,古代人们在煮卤水时并没有使用柴火,而是巧妙地利用了天然气,这就是我们今天常用的能源。早在公元前200年左右,四川的邛崃地区就开始使用天然气来煮卤水,为盐的提取提供了动力。

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                  自贡输运盐卤的笕管通过众多的笕窝,通向四面八方

人们聪明地用竹子制成运输管道,将天然气引导到需要的地方,这种古代的“输气管道”创意无疑是一个惊人的技术突破。更为惊人的是,古代中国还采用一种神奇的方法,被称为“井镜法”。这种方法充分利用了光的折射原理,通过在井中放置凹凸镜片,将阳光聚焦在一点,加热盐水,然后蒸发得到盐。这种“井镜法”简直就是当时的“高科技”。这些方法揭示了古代中国人在没有现代科技设备的情况下,凭借着智慧和创新,开发出了多种获取盐的方法。无论是利用竹子的制作技术,还是对能源和光学原理的深刻理解,这些技术都反映了古代人对于科学和工程的独特见解。


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在中国古代,古人煮盐卤水利用天然气的智慧无疑是一场关于资源利用、工程技术创新及科学应用的卓越体现。这些古老的方法既是生活智慧的结晶,更是对古代社会科技水平的生动注解。通过发现和善用天然气这一自然资源,古代中国人展现了对环境的敏感性和对资源的巧妙利用。他们不满足于简单地探索,而是将这一发现融入到日常生产中,以煮盐卤水为例,充分彰显了他们对资源的深刻理解和高超运用的能力。工程技术的创新表现在对输气管道的发明上,通过巧妙地运用竹子,搭建了古代的“输气管道”,为天然气的输送提供了便利。这种创新不仅解决了天然气输送的问题,更反映了古人在工程领域的高水平。

(文章中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心收集整理供稿,如对本文有任何意见或建议,请直接与平台微信号后台联系)

参考资料:

1.《中国古代真正领先世界的先进技术,你可能会觉得完全就是神话》,网址:www.sohu.com/a/479987572_121065570

2. 《古人的制盐技术,领先西方上千年,堪称第五大发明?》网址:https://baijiahao.baidu.com/s?id=1777354450941217026&wfr=spider&for=pc

3.网易《打千米深井、用天然气,古人为吃盐用了多少“黑科技”?》

https://zhuanlan.zhihu.com/p/6357387



打千米深井、用天然气,古人为吃盐用了多少“黑科技”?



   在今天的四川盆地曾经是一片海洋,由于地壳运动四周隆起成为盆地,困在里边的海水经过亿万年的持续蒸发,盐分大量沉淀形成了深厚的膏盐沉积,随着地壳运动,这些膏盐逐渐被封存在地下。与地下水混合一个巨大的地下卤水层出现了,这些卤水实际上就是一种含有高浓度盐分的液体,四川盆地下方积累下了极其丰富的卤水资源,在当时挖到盐可比挖到金子还爽。



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三十年代自贡是一座布满井架天车的小城
钻井:靠人力3年凿出千米深的盐井
唐朝及以前,开凿盐井的方式与开凿水井没有差异,以战国时期“广都盐井”为代表,都是“大口浅井”而且一般只有几十米深。当时技术原始, 劳动者需要在地下坑内挖掘、运土,开凿这样一口盐井消耗的人力、物力、财力巨大。慢慢的浅层的卤水被采光了,人们必须要挖更深的盐井。尤其是距今约2亿前的三叠纪雷口坡组和嘉陵江组灰岩中,埋藏着一种颜色偏黑的卤水,当地人称为黑卤。相对于卤淡量少的黄卤,黑卤的含盐量更令盐商们梦寐以求。聪明的古人盐工想到了新办法,他们决定开凿小口径的深井,向更深的地下去寻找卤水。


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公元1041年到1048年北宋庆历年间,盐工们运用古人舂米时省力杠杆的原理,一种新的开采方式冲击式顿钻凿井法随即应运而生,成功凿出了小口深井,被称为“卓筒井”。井口直径与当地的楠竹粗细相,设立木质碓架、由人在碓架上一脚一脚地踩动,带动锉头上下运动带来的冲击力,打碎深井下的泥土岩石,再换其他形状的工具将碎石泥土取出,如此循环往复,直至钻至卤水层。


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                                                             凿井锉头工具示意图
据记载,凿井用时漫长,有时甚至需要二十几年的时间才能凿成,一些盐商更因此倾家荡产。北宋时期卓筒井的能达到井深可达数十甚至数百公尺,堪称奇迹。卓筒井凿井工艺技术的运用,比西方早了大约800年,后经由丝绸之路传入西域,甚至更远的欧洲。以宋代卓筒井为代表的中国古代冲击式顿钻凿井技术是中国第四大发明之后的又一大发明,是现代石油、天然气钻采技术的前身。被《中国钻探技术史》《中国科学技术史》誉为“世界近代石油钻探之父”“开创了机械钻井的先河”。


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宋代卓筒井与现代钻井井身结构示意图
1835年(清道光十五年)的燊(shēn)海井作为冲击式顿钻凿井技术的代表,就是完全依靠人力,历时3年最终凿成一口超千米的盐井,深度达到了1001.42米,就在燊海井突破千米井深的大观时,而同时期的美国也打出了一口油井,深达21米。10年后美国才运用类似的凿井技术开凿出约518米深的盐井深度记录,燊海井是中国古代钻井工艺成熟的标志。


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 自贡盐井历代开凿深度进化图
盐井开凿只是开始,古时盐工们是用什么方法,将深井下的卤水以及凿井时产生的碎石,泥土采集到地面上来?
取卤:天车和定滑轮的绝佳搭档:要将千米下的卤水从碗口大的井下打上,古代盐工发明了汲卤筒。
它最初是用楠竹去节打通,在它底部安装有巧妙的机关,是一个用熟牛皮做的单向阀,叫做牛舌。将它放入井内,由于汲卤筒具有重力,卤水也具有浮力。相互作用之下,卤水顶开阀门进入汲卤筒内,等灌满卤水之后。汲卤筒向上提,靠卤水自身的重力,再关上这个阀门,一筒卤水就打上来了,用钩水器顶开筒底的牛皮,卤水就会直泻而出。


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图6. 汲卤筒原理图(据中国国家地理)

运用与汲卤筒同样的单向阀原理,盐工们制造出扇泥筒,专门用于提取凿井时产生的碎石泥土。在凿井的同时,人们会向井内灌水,与凿井产生的碎石泥土混合成泥浆。再使用扇泥筒反复上下多提动几次,使泥浆灌入筒内,然后将泥浆汲取上来,这样就可以凿井,提取泥浆交替进行,不断加深盐井。
为了一次可以提取更多的卤水,汲卤筒越做越长,盛满卤水的汲卤筒有上百斤甚至几百斤。想要将如此沉重的汲卤筒提升到地面上。就要依靠这些高大坚固的天车了。天车是用于采卤的重要生产设备。它是用若干杉木连结,以竹篾绳捆扎而成的巨大支架,竖于井口之上。历史上自贡的地区曾先后出现了上万座天车,堪称盐厂的是奇观之一。车通常有几十米高。最高的达118米,相当于39层楼。在没有机械纯靠人力的年代,可以想象当年盐工搭建天车的难度和危险。曾有外国游客第一次看到天车后,惊呼其为“东方的埃菲尔铁塔”。

盐工们利用一个大的定滑轮将提升汲卤筒
在天车上,当年盐工们利用一个大的定滑轮将提升汲卤筒的力改为水平方向。另外在靠近地面的地方也有一个定滑轮改变力的方向。再将拴有汲卤筒的绳子一圈圈缠绕到大车上,使用牛来牵引大车转动。就像汽车发动机,拉动绳子提升起汲卤筒,古人盐工这样的神仙操作极大的节省了人力。燊海井现存的牵引大车,高2.5米,直径4.5米。它由杂木混制而成。当年依靠4-5头牛牵引大车转动,大约需要半个小时才能提起一桶卤水。天车同大车一起共同度过了近两个世纪被人们完好保存至今。
煮卤:天然气当燃料
卤水打上来之后就到了最后一步:煮卤为盐。
首先,人们会通过踩踏提卤水车将卤水送至高高的晒卤架上,使其缓缓流下,卤水经过细密的竹枝流到地面的晒卤台内。既可以过滤掉其中的部分杂质,又可以利用阳光暴晒。蒸发掉卤水中的部分水分,进一步提高了卤水的浓度,这样能大大节省熬煮的时间。


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输送盐卤的笕管与提升盐卤用的升卤站
盐工将日晒后的高浓度卤水通过输卤管运到灶房,输卤管也是用竹子做的管道。因为竹子是直的不能转弯,所以聪明的盐工们在需要转弯的地方设计了一个工具。笕窝可以起到中转站的作用,到灶房的卤水被放入大锅中。



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自贡输运盐卤的笕管通过众多的笕窝,通向四面八方
更神奇的是,古人烧卤水不是用柴火,而是用天然气。
  我国是世界上最早发现和使用天然气的国家,有卤水的地方,往往天然气也是储量丰富,在东汉到蜀汉时期,临邛的井盐生产者在开凿盐井过程中,发现了天然气资源,并创建了人类历史上最早的天然气井——临邛火井。人们居然用竹子根根相连,做出了天然气运输管道,输送到大锅下面,煮沸蒸发出里边的水分,最终就形成了白花花的盐结晶,就这么掌握核心科技啦。

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图10 火井天然气遗址
在最早记载这一伟大成就的就是《华阳国志》。书中生动地记载了当时利用天然气煮盐的情形:临邛“有火井,夜时光映上照,民欲其火,先以家火投之,顷许,如雷声,火焰出,通耀数十里。以竹筒盛其光藏之,可拽行终日不灭也。井有二,一燥一水。取井火煮之,一斛(器量名,古时以十斗为斛)水得五斗盐;家火煮之,得无几也。
在欧洲,最早使用天然气的是英国,其始于1668年,而临邛人利用天然气的历史,且不说追溯至汉代,即使从晋(281——420)算起,也比英国人早一千多年。所以,我们可以说,中国是世界上最早发明利用天然气的国家。
结语:钻井、提卤、煮卤为盐、分离杂质等……一粒井盐经历千年传奇,中国人的衣食住行里,藏着祖先们留下的无穷尽的智慧。


<打千米深井、用天然气,古人为吃盐用了多少“黑科技”>由网易新闻《了不起的中国制造》出品。




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