（圖源：網(wǎng)絡(luò)）

撰文 | OF

2025年11月收到了一筆極其罕見的匿名捐贈，物品是總重量達(dá)21公斤的實(shí)體金塊 。

這位匿名捐贈者留下了一個非常具體的硬性要求，這筆錢只能用來修繕大阪市日漸老朽的地下水管。

按照近期的匯率和金價，這21公斤黃金的實(shí)際價值大約是5.6億日元，折合美元約為360萬 。

接收匿名善心人士捐贈的 21 公斤金塊的地點(diǎn) 圖源：AP

一個人為什么要把價值五億多日元的財(cái)富換成沉甸甸的金塊，然后寄給一個負(fù)責(zé)修水管的市政部門？

就在這起捐贈事件發(fā)生前不久，位于東京北部的埼玉縣發(fā)生了一起致命的公共安全事故。當(dāng)?shù)匾欢卫匣牡叵屡潘艿腊l(fā)生破裂，泄漏的水流逐漸掏空了道路下方的路基，最終導(dǎo)致路面塌陷形成巨大的坑洞，一輛路過的重型卡車墜入坑中，司機(jī)不幸遇難 。

圖源：AP

這并不是偶發(fā)事件。大阪市水道局的官員查閱了數(shù)據(jù)后向媒體確認(rèn)，僅僅在截至2025年3月的這一個財(cái)政年度內(nèi)，大阪市轄區(qū)道路下方發(fā)生的水道管漏水事件就高達(dá)92起 。

日本目前深埋在地下的主要公共基礎(chǔ)設(shè)施，絕大部分都建設(shè)于二戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)高速增長期，也就是上世紀(jì)60年代到70年代 。在早期的工程設(shè)計(jì)規(guī)范中，那個年代廣泛鋪設(shè)的灰口鑄鐵管和早期塑料管，其法定的安全使用壽命是40年 。

圖源：kubota

這意味著，這批海量的水管在2000年到2010年期間就已經(jīng)達(dá)到了物理壽命的極限，它們現(xiàn)在屬于超期服役。

為什么這些水管道會壞？

金屬管道在地下破損，并不是因?yàn)槟嗤聊Σ粒氰F元素在土壤中形成了腐蝕電池。

圖源： kubota

形成腐蝕電池需要三個組成部分：陽極、陰極和電解質(zhì)。金屬管壁的不同區(qū)域充當(dāng)陽極和陰極，包裹管道的土壤水分充當(dāng)電解質(zhì)。

在陽極區(qū)域，鐵原子失去兩個電子，轉(zhuǎn)變?yōu)閬嗚F離子。這個失去電子的過程，使得固態(tài)的鐵原子脫離金屬晶格結(jié)構(gòu)，溶解到周圍的土壤水分中。也就是說，管壁的金屬質(zhì)量在原子層面發(fā)生了流失。

釋放出的電子通過金屬管壁傳遞到陰極區(qū)域。土壤中的氧氣和水分子在這里接收電子，發(fā)生還原反應(yīng)。陽極產(chǎn)生的亞鐵離子進(jìn)入土壤后，與環(huán)境反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵，也就是鐵銹。

圖源：orangecoas

鐵銹附著在管道表面，會阻礙氧氣向內(nèi)部金屬擴(kuò)散，人為造成金屬表面的氧氣濃度差異。這種現(xiàn)象反而會加速缺氧區(qū)域鐵原子的繼續(xù)流失。鐵原子的流失最終會在管壁上產(chǎn)生孔洞。

供水管道內(nèi)部承載著水壓，水流從孔洞持續(xù)噴射入土壤，帶走泥沙，就在馬路下方掏出了空洞。前面那起卡車墜坑事件，就是地下暗流侵蝕的代價。

除了土壤自然的物理過程，現(xiàn)代城市的軌道交通系統(tǒng)進(jìn)一步給鐵原子的流失踩下了加速門。

2021年11月發(fā)表的一項(xiàng)研究分析了地鐵系統(tǒng)中的雜散電流分布規(guī)律。直流電氣化地鐵依靠行駛的鋼軌作為牽引電流的返回通道。由于鋼軌與地面接觸，部分直流電會脫離鋼軌，泄漏進(jìn)入土壤。

圖源：文獻(xiàn)

電流在物理學(xué)中傾向于選擇電阻最低的路徑。金屬水管的導(dǎo)電性優(yōu)于土壤，于是泄漏的電流穿透水管外側(cè)的涂層，流入金屬水管。電流順著地下水管移動，當(dāng)它靠近地鐵牽引變電站時，必須脫離水管返回電源。

電流流出的位置就成了陽極。在這里，電流強(qiáng)制鐵原子失去電子并脫離金屬。法拉第電解定律證明，金屬溶解的質(zhì)量與通過該區(qū)域的電量成正比。地鐵系統(tǒng)提供的高強(qiáng)度電流，使得管壁局部的鐵原子在幾個月或幾年內(nèi)被迅速“掏空”。

另外，為了讓 早期的PVC管 在加工和承受地下水壓時具有韌性，工程師會在其中添加大量增塑劑（Plasticizers）。你可以把增塑劑理解為分子鏈之間的“潤滑油”，有了它們，塑料管才能做到“能屈能伸”。

但在地下環(huán)境中，經(jīng)過幾十年的歲月洗禮，致命的微觀變化會悄然發(fā)生：

第一步是增塑劑析出。這些“潤滑油”分子并沒有和塑料本體建立牢固的化學(xué)鍵，它們會隨著時間推移，緩慢地逃逸到周圍的土壤里，或者被內(nèi)部的水流帶走。一旦失去了潤滑，原本富有韌性的塑料管就會發(fā)生嚴(yán)重的脆化。

第二步是聚合物斷鏈。自來水廠為了殺菌，會在水中保留微量的余氯。在長達(dá)幾十年的日夜沖刷中，水中的氧化性物質(zhì)以及常年的水壓拉扯，會像微型剪刀一樣，慢慢切斷PVC高分子骨架上的碳-碳鍵。長鏈被剪成短鏈，材料的宏觀強(qiáng)度隨之發(fā)生斷崖式下降。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)一根嚴(yán)重脆化的早期塑料管埋在馬路下方，它其實(shí)已經(jīng)失去了吸收震動和形變的能力。此時，哪怕只是路面上方駛過一輛重型公交車傳導(dǎo)下來的低頻震蕩，或者是小區(qū)停水后重新供水時瞬間產(chǎn)生的“水錘效應(yīng)”（水壓沖擊波），都足以讓這根脆如薄冰的管壁發(fā)生應(yīng)力開裂，瞬間崩盤，最終演變成一場掏空路基的地下水災(zāi)。

為什么半個世紀(jì)前的工程師不一步到位，使用質(zhì)量更高、壽命更長的材料？

在20世紀(jì)60年代的工業(yè)技術(shù)水平下，工業(yè)化生產(chǎn)的鑄鐵管和初級聚氯乙烯管已經(jīng)是當(dāng)時最先進(jìn)的材料。當(dāng)時政府的核心訴求是用最快的速度和最低的成本，把自來水管網(wǎng)鋪進(jìn)每一個快速擴(kuò)張的城市社區(qū)，以遏制水性傳染病并支持工業(yè)發(fā)展。要求當(dāng)時的工程師使用現(xiàn)代能夠保用百年的特種材料，無異于要求電報(bào)員發(fā)送表情包。

根據(jù)近年的研究指出，日本人口自2011年起持續(xù)減少，水需求量在2000年見頂后一路下滑。日本的水務(wù)系統(tǒng)采用獨(dú)立核算制，修水管的錢不能直接掏國庫，必須靠居民繳納的自來水費(fèi)。

人口減少疊加用水量下降，導(dǎo)致水費(fèi)盤子嚴(yán)重縮水，而老舊水管越來越容易破裂，搶修成本逐年攀升。沒錢又缺人，目前全日本水道管的年度更新率極其低下。

圖源：japantimes

現(xiàn)在我們回到那位匿名捐贈者和他的21公斤黃金上。這是一個充滿理想主義色彩的舉動。但土木工程是一門沒有感情的學(xué)科，我們可以用純粹的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)來核算這筆錢的購買力。

5.6億日元聽起來是一筆巨款。但是根據(jù)大阪市水道局給出的工程報(bào)價，在市區(qū)內(nèi)徹底更新2公里的老舊水管，直接成本大約就是5億日元。

這意味著，這位土豪變賣黃金湊出的360萬美元，僅僅能夠支付大約2.24公里的水管更新工程。而大阪市目前急需翻新替換的老化水管總長度，是260公里。

這筆巨款甚至連總工程量的1%都無法覆蓋。指望用民間的黃金捐贈來拯救城市的地下網(wǎng)絡(luò)，本質(zhì)上是杯水車薪。這21公斤黃金砸進(jìn)這座老去城市的地下，可能連個響都聽不到。

參考資料：

https://files.h2o-china.com/paper/200806/112241213954677.pdf

https://www.city.yachiyo.lg.jp/site/jougesui/5180.html

https://www.vietnam.vn/ja/nguoi-la-tang-21-kg-vang-cho-thanh-pho-osaka-de-sua-ong-nuoc

https://www.tokyoreporter.com/japan-news/pair-suspected-in-thefts-across-nine-prefectures/

https://www.theguardian.com/world/2026/feb/20/osaka-stunned-by-anonymous-gift-of-36m-in-gold-to-fix-ageing-water-pipes

https://www.arabnews.jp/article/japan/article_169695/

將“把科學(xué)帶回家”

不錯過每條有趣科學(xué)推文！

不錯過每條有趣科學(xué)推文！

原創(chuàng)文章版權(quán)歸微信公眾號
“把科學(xué)帶回家”所有

轉(zhuǎn)載請聯(lián)系：bd@wanwuweb.com

凡本公眾號轉(zhuǎn)載、引用的文章 、圖片、音頻、視頻文件等資料的版權(quán)歸版權(quán)所有人所有，因此產(chǎn)生相關(guān)后果，由版權(quán)所有人、原始發(fā)布者和內(nèi)容提供者承擔(dān)，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除。

??

▲ 關(guān)注我們，點(diǎn)亮在看，分享一下