談到非洲中西部的加蓬(Gabon)這個國家,最引人注目的就是它的史前核反應堆。說起它存在的年代,想像一下「20億年」前,是怎樣的一個跨越人類歷史的天文數字,它穩定運行了50萬年又是怎樣的一種科技文明!為何說加蓬史前核反應堆不可能是自然形成的呢?科學家們的研究怎麼說道?

加蓬Franceville盆地西南部三角洲地帶分布著史前核反應堆,透露史前文明深不可測之謎。(背景圖片來源:pixabay/奉全合成/大紀元)
加蓬Franceville盆地西南部三角洲地帶分布著史前核反應堆,透露史前文明深不可測之謎。(背景圖片來源:pixabay/奉全合成/大紀元)

1972年,法國的一家鈾處理廠發現從加蓬共和國進口的鈾礦石中,鈾235丰度(*指鈾235與總鈾含量的比值)異常,認為這些鈾礦石曾被利用過。隨後科學家們陸續在加蓬的鈾礦區發現並確認了15個史前核反應堆。它們包括在Oklo礦區的1~10、13、15~16號反應堆(12和14號區域也發現了反應過的鈾,但沒找到反應堆),以及附近Okelobondo礦區的RZOKE反應堆,和30公里外Bangombe礦區的BA145反應堆。科學界公認,這些核反應堆有20億年歷史,而且奇蹟般地穩定運行了數十萬年之久。

史前核反應堆分布在哪裏呢?

圖1)加蓬Franceville盆地地質及史前核反應堆位置示意圖 (奉全/大紀元)
圖1)加蓬Franceville盆地地質及史前核反應堆位置示意圖 (奉全/大紀元)

歷史這麼悠久的加蓬史前核反應堆是怎麼形成的?科學界針對這些史前核反應堆的成因,不願越雷池一步,先確立「答案」再搜尋「證據」,即先假定這些反應堆是自然形成的,再尋找拼湊支撐「自然形成理論」的證據,對不能納入「自然形成理論」框架的大量疑點則避而不談。50年來,雖然科學家們竭盡所能,但仍無法說清這些反應堆從「自然形成」到穩定運行數十萬年的機理,提出的假說中存有太多漏洞,無法自圓其說。

有關加蓬史前核反應堆形成說的釋疑

1. 為何說加蓬史前核反應堆不可能是自然形成的

加蓬史前核反應堆是「人造」的立論,觸碰到現代科學的根基,因此許多科學家出於感情不假思考地拒絕探索此種可能。但是仍有質疑和諸多科學悖論被揭示出來,如美國原子能協會前主席Glenn T. Seaborg博士就曾提出過對「自然形成理論」的質疑:要讓核反應堆運行起來,需要滿足諸多「精準的」條件。例如:在1952~2011年的59年間,僅現代商用核反應堆就已出現了33次重大事故[1],而「準」事故就更多了。熟悉核反應的人懂得,一點點細微變化都可能使核反應脫離臨界狀態,導致燒堆或停堆。

在漫長的數十萬年間,維持核反應堆正常運作所需的「精準的條件」,諸如:水循環環境、中子毒物存量、脫矽和粘土化、地震、核燃料消耗、堆芯變形、孔隙率等諸多變量不可能不出現變化。試想15個「自然形成」的反應堆如何能全都精確地自適應這些變化而維持臨界狀態數十萬年呢?難道一堆合適濃度的鈾燃料埋在地下就可以持續核反應數十萬年嗎?

還有,在加蓬史前反應堆的前期研究中擔任項目組長的法國核物理學家Roger Naudet,雖然支持「自然形成」的假定,然而1996年,他在總結其20年研究成果的《OKLO:化石核反應堆》[2]一書中,也詳細描述了大量無法以「自然形成論」解釋的現象。不止如此,其他科學家的研究中也不時地發現各種矛盾。

對加蓬史前核反應堆,有哪些「自然形成理論」無法解釋的現象呢?下面是從科學文獻中摘錄列舉的幾個現象:

1)科學界推斷鈾礦通過富集(濃縮)形成含鈾濃度高的反應堆,那麼反應堆應該被周邊鈾礦所包圍。實際上,很多反應堆位於鈾礦區的邊緣地帶,不可能是富集(濃縮)形成的。呈流域形狀的鈾礦區平面倒更像是含鈾溶液擴散形成的。

圖2)Oklo-Okelobondo反應堆(*黑點標示處)與鈾礦分布示意圖:鈾礦分布呈流域狀而非圍繞反應堆呈濃縮狀分布。(奉全/大紀元)
圖2)Oklo-Okelobondo反應堆(*黑點標示處)與鈾礦分布示意圖:鈾礦分布呈流域狀而非圍繞反應堆呈濃縮狀分布。(奉全/大紀元)

2)更奇怪的是,如果史前反應堆是自然形成的,核反應堆和周邊鈾礦的含鈾濃度應該過渡平緩。實際上區域間的這種濃度過渡存在跳躍性的突變[14]。

圖3)二號反應堆鈾濃度分布區間示意圖:區間的鈾濃度過渡非常突兀,不符合自然形成狀態。(奉全/大紀元)
圖3)二號反應堆鈾濃度分布區間示意圖:區間的鈾濃度過渡非常突兀,不符合自然形成狀態。(奉全/大紀元)

科學界推斷富氧水溶解了FA地層底部的含鈾圓礫岩,然後含鈾富氧水上升碰到來自FB地層的有機物,發生還原反應析出鈾化合物成礦並逐漸富集(濃縮)成高濃度的核反應堆。按這種假設推理,鈾礦和反應堆應該出現在FA和FB地層交界面。然而實際情況並非如此,不僅鈾礦和反應堆全都形成於離FA/FB交界面數米遠的地方,而且科學家們在FA地層底部仔細查找後,竟完全沒有找到鈾礦源的任何蹤跡(見[4]-Formation of the Uranium Deposits一節)。也就是說,「自然形成理論」的理論基礎其實都是不存在的。

圖4)史前核反應堆群鈾礦示意圖:「自然形成論」推論的史前核反應堆和鈾礦應該形成於FA/FB地層交界面。實際情況是鈾礦和反應堆都出現在離FA/FB交界面數米遠的地方。(奉全/大紀元)
圖4)史前核反應堆群鈾礦示意圖:「自然形成論」推論的史前核反應堆和鈾礦應該形成於FA/FB地層交界面。實際情況是鈾礦和反應堆都出現在離FA/FB交界面數米遠的地方。(奉全/大紀元)

更奇怪的是,在最大的1~6號(包括15號)反應堆附近的有機物含量很少[2],和「自然形成理論」中的有機物還原說完全背道而馳。

5)科學界推斷反應堆只可能在地下深處形成和運行,可是又存在諸多說明反應堆在地表附近運轉的證據(例如文獻[2]-第38頁)。篇幅有限就不展開解釋了。

6)為了解釋9號堆的自發啟動條件,核物理學家在2003年創建了非常理想化的研究模型[9],但即使這樣也只能勉強解釋9號堆的自發啟動條件,無力解釋其它幾個小反應堆的自發啟動。除了用中子源人為「點火」外,似乎沒有其它辦法能啟動它們。

7)在對流(moderator density)、產汽(void effect)和蒸汽壓力的自然條件作用下,反應堆下部的反應程度必然會遠遠地超出上部。矛盾的是,從幾個反應堆的縱向核反應分析曲線看[6][12],只有少數反應堆的下部比上部發生的核反應略多,反而有的反應堆上部的核反應程度卻遠超下部。這說明反應堆的原始構造可能很複雜。

圖5)「自然形成論」假想的核反應周期循環示意圖,及反應堆上部和下部的核反應程度比較。(奉全/大紀元)
圖5)「自然形成論」假想的核反應周期循環示意圖,及反應堆上部和下部的核反應程度比較。(奉全/大紀元)

8)自然條件下,反應堆堆芯在熱水流中的脫矽程度應遠大於外部。可是實際情況並非如此,比如7~9號反應堆堆芯內的砂岩脫矽不完全,甚至在堆芯內發現有幾乎未脫矽的砂岩塊,然而,7~9號反應堆上方約有120立方米砂岩被脫矽成粘土[2]。這似乎說明反應堆曾存在殼體。(註:脫矽指含矽岩石在熱水流中發生矽流失,逐漸體積收縮到粘土化的過程)

9)包覆多數反應堆堆芯的粘土圈內層的主要成份是富鎂綠泥石粘土,這層粘土的鎂含量遠遠高於堆芯和周邊區域[6][10][11]。科學已知富鎂綠泥石一般生成於沸騰蒸發環境或風化環境。那麼從上面的特點看,粘土圈內層好像是發生沸騰的地方(就如電水壺的內底面),也就是說,粘土圈內層和堆芯之間可能曾經存在過殼體。

圖6)史前反應堆富鎂綠泥石粘土層圖示:沸騰作用漸漸形成富鎂綠泥石粘土,粘土圈內層和堆芯之間可能曾經存在過殼體。(奉全/大紀元)
圖6)史前反應堆富鎂綠泥石粘土層圖示:沸騰作用漸漸形成富鎂綠泥石粘土,粘土圈內層和堆芯之間可能曾經存在過殼體。(奉全/大紀元)

10)各個反應堆都存在上方砂岩脫矽後引發塌陷現象,再加上地震作用,這些反應堆在自然條件下怎麼可能穩定運行50萬年?和反應堆上方的脫矽塌陷相比,下面土層的脫矽更奇葩。下方土層脫矽後體積縮小形成空穴,按理說脫矽後疏鬆的反應堆芯應該逐漸從中心碎裂下沉,實際上不僅沒有出現此種情況,反而發現多個反應堆上方的土層繞過反應堆滑入下方空穴的現象[10]。似乎反應堆不只曾經存在類球狀殼體而且還挺堅固。

圖7.1)史前反應堆是自然形成的假設圖示:應該看到破碎的反應堆芯沉入下方空穴。(奉全/大紀元)
圖7.1)史前反應堆是自然形成的假設圖示:應該看到破碎的反應堆芯沉入下方空穴。(奉全/大紀元)

圖7.2)史前反應堆現場實況圖示:疏鬆的反應堆芯不但沒有碎裂下墜,而且上方的黏土繞過反應堆滑入下方空穴。(奉全/大紀元)
圖7.2)史前反應堆現場實況圖示:疏鬆的反應堆芯不但沒有碎裂下墜,而且上方的黏土繞過反應堆滑入下方空穴。(奉全/大紀元)

11)文獻[2]的第91頁陳述了科學研究發現,要想使核反應持續,這些反應堆從始至終(數十萬年間)都需要維持在40%的內部孔隙率,然而在自然條件下這是完全不可能存在的。40%的孔隙率與沙子無異,可是實際上,所謂「自然形成」的反應堆是由比沙子質地更細密的砂岩構成,即使假設在核反應開始前就已不可思議地脫矽達到40%的孔隙率,在持續脫矽的數十萬年間如何保持孔隙率不變?現實情況是,脫矽現象不只會使反應堆的孔隙率持續變化,而且脫矽還持續改變了反應堆及周邊的形狀和構造,文獻[2]第49頁就描述了脫矽現象和反應堆穩定運行間的矛盾。

12)前一個矛盾現象也點出了本文開篇談過的「自然形成理論」最大的矛盾:在漫長的數十萬年間,水循環環境、中子毒物存量、脫矽和粘土化、地震、核燃料消耗、堆芯變形、孔隙率等諸多變量必然會發生不小的變化。而一點點細微的變化都可能使反應堆脫離臨界狀態導致燒堆或停堆,那麼除非在人造環境下運行,否則15個史前反應堆絕無可能穩定運轉數十萬年之久。

以上矛盾現象僅是舉例而已,「自然形成理論」無法解釋的現象太多了,以至於稱其千瘡百孔並不過份。

可嘆的是,對於大量的矛盾現象,許多科學家都視而不見。比如法國核物理學家Roger Naudet在《OKLO:化石核反應堆》(第6、13章和結論的英文翻譯稿)[2]的第87頁的最後說:「儘管7~9號反應堆存在許多(無法解釋)的問題,我們的假想為(將來)解釋大多數特異現象提供了空間。」我們看到,Roger Naudet先生此時不是在科學上探討各種可能性,而是在闡述他對「自然形成理論」的堅定信仰。僅從本文摘錄的矛盾現象來分析和推測,就足以發現這些史前反應堆不是自然形成的,而是有外殼、有管路、結構精巧的大型核反應堆群。

2. 為何大型核反應堆群在三角洲上被發現?

當我們以史前文明的視角來觀察,會發現這些反應堆的布局非常合理。科學研究早就發現Oklo-Okelobondo和Bangombe反應堆群所在的地層是三角洲區域(如[4][5][15])。

法國科學家Francois Gauthier-Lafaye在其編著的《加蓬的鈾礦藏及Oklo核反應堆–1986》[3]一書107頁的圖51中明確繪出了Oklo-Okelobondo和Bangombe核反應堆的史前位置,是在三角洲前緣地帶。這恰是供水充足、平緩的廣闊淺水地帶,正適合於建造反應堆。

圖8)Oklo-Okelobondo和Bangombe核反應堆史前位置的剖面概念圖(奉全/大紀元)
圖8)Oklo-Okelobondo和Bangombe核反應堆史前位置的剖面概念圖(奉全/大紀元)

圖9)Oklo-Okelobondo和Bangombe核反應堆史前位置的平面概念圖(奉全/大紀元)
圖9)Oklo-Okelobondo和Bangombe核反應堆史前位置的平面概念圖(奉全/大紀元)

按史前文明的思路推測,相距30公里的Oklo-Okelobondo和Bangombe反應堆不可能是孤立的。在20億年前的三角洲前緣地帶,應該還有更多的小反應堆構成一個大型的核反應堆群。Oklo和Bangombe反應堆都在盆地的翹起邊緣地區被發現,它們的位置比較容易被找到和發掘研究。已經發現的這些史前反應堆的尺寸都不大,直徑只有幾米到十幾米。因而,想進一步發掘核反應堆群,需要於盆地地表下350~1000米的深層進行密集的鑽孔勘探,但是這樣的勘探研究需要大量的資金、設備和人力,或許未來能有所突破。

3. 為甚麼說史前核反應堆的發現本身就是奇蹟?

圍繞著加蓬史前核反應堆的發現還存在幾個奇蹟,就像是鬼使神差一般:

(1)鈾235丰度測試

法國一家鈾燃料處理廠對進口鈾原料的測試發現鈾235丰度(指鈾235與總鈾含量的比值)異常,導致發現了這些史前核反應堆。這個測試發現其實是非常偶然的,這是因為:

‧ 此前科學界發現地球上甚至整個太陽系中的鈾235丰度都是固定比率的0.72%,在當時來說,礦石的鈾235丰度都是一個固定值,完全沒有必要去關注原料礦石的鈾235丰度。即使要檢查數此值,在鈾礦勘探時測量就行了,於採礦後關注礦石原料丰度有點無厘頭。

‧ 這個鈾燃料處理廠在Oklo鈾礦進口的兩年間從沒認真關注過原料鈾235丰度,後來才發現之前進口的Oklo鈾礦石存留樣品也存在丰度異常,但在之前的檢測中都被忽略掉了。發現問題時的丰度測試值0.717%和標準值0.720%差異很小[13],如果換一個測試人員可能也會把它們視作測量誤差而忽略掉了。若非當時的值班測試人員較真,根本就不會有此發現。實際上,發現史前核反應堆後,科學界才號召各國把鈾原料的鈾235丰度列為常規測試[8]。

‧ 從圖2可以看到,這些反應堆在整個礦區的體積佔比很微小,當時被測的鈾礦石來自於含鈾多、體積大的1號、2號反應堆和周邊礦的混合料,才使混料後的鈾235丰度比之標準值有少許差異。如果換一批原料取樣檢查鈾235丰度,恐怕就難以發現這些反應堆了。

(2)反應堆在地下歷經近20億年仍保存完好

反應堆所在的Francevillian盆地遠古沉積地層的變形之小和地層保存之好很罕見,這讓許多地質和考古研究人員嘖嘖稱奇。

在地下越深,溫度越高壓力越大。如果地下環境溫度超過200攝氏度,岩石就會發生形態變質(metamorphism),比如石灰石變質成大理石。研究發現,反應堆區域埋入地下十幾億年間的最大溫度在180~200攝氏度之間,恰好在岩石變質的溫度邊緣[6][7]。只要埋藏再深一點兒,溫度再高一點兒,反應堆區域就無法保持現在的面目了。研究發現,在反應堆下方FA地層底部的岩石已經開始發生變質反應[6]。

(3)Oklo鈾礦和反應堆地塊邊緣被拱起

Oklo礦區和史前反應堆原來都埋在三百多米厚的FB地層下。在此深度,即使能發現這個鈾礦,也只能進行地下開採。如果是這樣,發現反應堆的機會就更小了。然而巧合的是,Oklo礦區西部邊緣的很小的一塊太古變質岩基礎地塊奇蹟般地拱出地層(見圖1),被稱為Mounana地壘(Mounana Basement Horst)。這個小地塊精準地拱起了毗鄰的Boyindzi、Mounana、Oklo和Okelobondo四個鈾礦區,使Oklo礦區和反應堆處於易被發現和發掘的位置上[5] [7](見下圖10左上角的示意,圖中反應堆上方的FB土層已被挖開。)

圖10)Oklo-Okelobondo被Mounana地壘拱起示意(奉全/大紀元)
圖10)Oklo-Okelobondo被Mounana地壘拱起示意(奉全/大紀元)

這個Mounana地壘拱起地層的力量剛剛好好。如果力量再小一些,就無法拱起礦區和反應堆到地表附近。如果力量再大一點兒,就會把1~6號反應堆過高拱起而提前風化掉,導致這些反應堆難以被發現,或者會把反應堆擠壓變形或破碎。在Oklo北邊一點的Mounana鈾礦區在這種擠壓力道下已發生嚴重變形[6]。

加蓬史前核反應堆充滿了奇蹟和未知,等待著世人去進一步探索。#

引用文獻:
[1] The Guardian(https://www.theguardian.com/news/datablog/2011/mar/14/nuclear-power-plant-accidents-list-rank#data), Nuclear power plant accidents: listed and ranked since 1952, Mar 2011
[2] R. Naudet, Oklo:The Fossil Nuclear Reactors (Translation of Chapter 6, 13 and Conclusions), SKB Technical Report 96-14, September 1996
[3] F. Gauthier-Lafaye et al., Les gisements d'uranium du Gabon et les reacteurs d'Oklo, May 1986
[4] F. Gauthier-Lafaye, Time constraint for the occurrence of uranium deposits and natural nuclear fission reactors in the Paleoproterozoic Franceville Basin (Gabon), January 2006
[5] Keld Alstrup Jensen et al., The Okelobondo natural fission reactor, Southeast Gabon:Geology, mineralogy, and retardation of nuclear-reaction products, January 2001
[6] F. Gauthier-Lafaye et al., Natural fission reactors in the Franceville basin, Gabon: A review of the conditions and results of a 「critical event」 in a geologic system, 1996
[7] Lena Zetterstrom, Oklo: A Review and Critical Evaluation of Literature, SKB Technical Report TR-00-17, October 2000
[8] K. E. Apt, Uranium Mill Monitoring for Natural Fission Reactors, December 1977
[9] Salah-Eddine Bentridi et al., Criticality of Oklo Natural Reactors: Realistic Model of Reaction Zone 9, in IEEE Transactions on Nuclear Science, February 2013
[10] A.T. Jakubick, Oklo Natural Reactors: Geological and Geochemical Conditions – a Review, February 1986
[11] F. Gauthier-Lafaye et al., Natural Fission Reactors of Oklo, in Economic Geology, 1989
[12] Hiroshi Hidaka et al., Geochemical and Neutronic Characteristics of the Natural Fossil Fission Reactors at Oklo and Bangombe, Gabon, September 1997
[13] Alex Meshik, The Workings of an Ancient Nuclear Reactor, in Scientific American, December 2005
[14] J. C. Ruffenach et al., Isotopic Abundances Measurements a Key to Understanding the Oklo Phenomenon, November 1979
[15] Francis Weber et al., The 2-Ga Eburnean Orogeny in Gabon and the opening of the Francevillian intracratonic basins: A review, April 2016 

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