哪些地质作用会破坏塑料?

Question

人类世末期的地质记录无疑会包含大量的塑料。然而，一些地质作用会完全破坏塑料(例如岩浆作用或化学作用)。我认为沉积岩至少会含有塑料颗粒，而火成岩则不会。哪些形成变质岩的地质过程能够完全破坏塑料分子?

Answer 1

一些简化的假设

这是一个相当广泛和复杂的问题，所以我将无耻地简化它，使它更容易回答。

首先，有大量不同的塑料，它们的物理特性千差万别。你提到你对“最常见的塑料类型”感兴趣，所以我将忽略奇异的、高温的特殊聚合物。

其次，你说的“破坏”是指“用化学方法将塑料转化为“自然”中存在的分子形式”。要完全保证这一点可能很棘手:要真正确定，你必须对改变后的塑料中的所有分子结构进行彻底的分析，并确保它们在自然界中都没有出现。我将参考关于塑料热解的研究，该研究将最终产品分为气体、蜡、油和炭，并假设这些产品含有很少或不含有自然界中不存在的物质。

第三，我将忽略除了温度以外的变质条件。我敢肯定，温度对塑料的分解有最大的影响。化学环境可能会使塑料分解得更快(通过提供反应物)，但我不认为它会使塑料分解得比在惰性大气或真空中相同温度下更慢。我也将忽略任何压力效应。

变质作用的等级

这是一张关于变质相、温度和压力的有用图表(来源:维基）.

该图表在900°C时中断，在这个点上岩石通常会融化，将其归入火成岩而不是变质岩类别。

加热对普通塑料的影响

幸运的是，对于这个问题，处理废塑料的努力已经引发了大量关于加热影响的研究。Williams and Williams(1997)是一个特别有用的参考。他们报告了在惰性氮气气氛中加热混合塑料废物样品(低密度和高密度聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯和聚氨酯)的影响，温度范围从500°C到700°C。以下是他们从中获得的收益(收益率以百分比表示):

(我认为在650°C这一栏中有一个错别字，因为它意味着110.5%的收益率。)在550°C时，收率为78.91%，因此我们可能会看到一些可识别的塑料残留物(尽管可能没有真正的塑料)。到600℃时，收率已经达到95.51%;不幸的是，缺少焦度数据使我们无法在更高的温度下量化收率，但似乎在700℃时我们将接近100%。

有几页关于这些产品的分析，但它们主要集中在它们作为燃料的适用性上，而不是在自然界中是否存在。考虑到在原油中发现了多种化合物我认为所有的塑料热解产物都有自然发生的对应物是合理的，但要毫无疑问地建立这一点，将是一个重要的研究项目。

把它们放在一起

将热解温度与变质相相比较，角闪岩相似乎与普通塑料完全或接近完全被温度分解的范围相对应。所以，当外星人在几百万年后登陆并开始调查人类世时，他们很可能会在前石榴-南瓜榴岩(P-P)相岩石中发现一些我们的旧垃圾，但在麻粒岩中不会有太多东西。这里有一些来自这些等级的变质岩的例子。

Liberty Gulch破碎组，一种前石榴-南瓜榴岩相变质砂岩。资料来源:Raymond and Berro(2015)。

来自苏格兰达拉拉丹的角闪岩相(角闪岩带)变质沉积物。来源:戴夫水域,Dalradian变质专辑．

千里山杂岩强变形的高-中压泥质麻粒岩。来源:Yin et al.(2014)。

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参考文献

罗伦·a·雷蒙德，大卫·a·贝罗(2015)。砂岩基质mélanges，建筑细分和增生复合体的地质历史:来自美国加利福尼亚州索诺马和马林县方济会复合体的沉积学和结构观点。岩石圈， 11(4)， pp. 1077-1110。doi:https://doi.org/10.1130/GES01137.1

E. A.威廉姆斯和P. T.威廉姆斯(1997)。塑料垃圾快速热解产物分析分析与应用热解学报．40-41，第347-363页。

阴,C,赵,G。,C,太阳,M,郭,J。,x &周(2014)。千里山杂岩高压泥质麻粒岩的变质作用与部分熔融作用:华北克拉通孔大岩带构造演化的制约。前寒武纪研究， 242，第172-186页。