在伊特比，有两个秘密的过去。两个世纪前，这个沉睡的村庄——现在点缀着附近富有的斯德哥尔摩居民的度假屋——是一个活跃的采矿定居点，为欧洲的皇家瓷器工厂运送高级长石，并为英格兰各地涌现的高炉提供石英内衬。它也是自然界中最奇妙、最不受重视的化学元素之一的诞生地。
后一个故事始于1787年，当时一位名叫卡尔·阿伦尼乌斯的业余地质学家正在参观伊特比的一个矿井。他在灰色的岩层中发现了一块异常沉重的黑色岩石，出于健康的科学好奇心，他将样品送给芬兰图尔库皇家学院的著名化学家约翰·加多林进行分析。1794年，加多林得出结论，该样本含有一种全新的元素，后来命名为釔。到1879年，化学家们从同一块岩石中分离出六种额外的元素，使新发明的元素周期表中的总数达到70种。其中三种元素——镱、铒和铽——被简单地赋予了伊特比名字的附加变体，而另外三种则以钬（斯德哥尔摩的霍尔姆）、钪和铥（两者都源自拉丁语的斯堪的纳维亚）命名，采用当时流行的民族主义方式。经过漫长而有利可图的开采，伊特比采石场于1933年关闭。然而，在许多方面，这个小镇的影响力比以往任何时候都更加巨大。在那里发现的元素，统称为稀土，如今构成了现代有线和无线世界的支柱——尽管你可能从未听说过它们。
“稀土”这个名字在19世纪的思维中是合乎情理的：之所以稀有，是因为一开始它们似乎只来自斯堪的纳维亚，之所以是“土”，是因为它们以土状氧化物形式存在，从中很难获得纯金属。
如今，稀土元素显然并不稀有。其中最常见的铈在地壳丰度中排名第25位，比普通的铜高一位。釔的丰度是铅的两倍；所有稀土金属（放射性钷除外）都比银更常见。“土”这个词也具有误导性。这些元素实际上是金属，而且是相当奇妙的金属。铽的温暖光芒对于高效率紧凑型荧光灯泡至关重要。铕被广泛用于制造笔记本电脑和智能手机的生动显示屏。稀土也出现在棒球棒、欧洲货币和夜视镜等更意想不到的地方。
随着它们日益普及，新的价值随之而来，甚至带来了政治上的知名度。铽和铕的价格最近超过了白银，达到每盎司40美元。稀土需求不断增长已成为众多政府报告和众议院通过的一项法案的主题。这些元素引起如此轰动的原因不是它们的稀缺性，而是它们的难以获取性。稀土往往存在于花岗岩等坚硬岩石中，它们以均匀的方式聚集在一起，使其难以提取。
分离所需元素需要一个有毒且危险的过程，而中国在这方面拥有最好的经济基础设施。中国拥有全球1.1亿吨可开采稀土矿石中约36%的储量，其余分散在全球各地，主要在美国、印度、澳大利亚和俄罗斯。然而，据美国政府问责局称，中国目前生产了全球97%的稀土氧化物。赫尔辛基大学化学教授佩卡·皮克这样说道：“并非所有矿藏都在中国，但目前的加工能力在中国。”
如果没有需求，供应量就没有意义，而需求则源于稀土——或者化学家们更喜欢称之为镧系元素，因为它们在元素周期表中大多跟在镧之后——不同寻常的电学性质。镧系元素具有相似的化学性质，因为它们都以类似的方式反应，主要涉及它们最外层的三个电子。（原子的电子排列决定了其大部分物理和化学特性。）与铜、铁、钴以及其他更常见的金属一样，镧系元素形成许多有色化合物。当这些外层电子改变能态并释放可见光时，奇迹就发生了。但稀土元素尤其因其荧光特性而具有价值：它们可以吸收光线或紫外线，并将能量重新发射为特定于每种元素的怪异色彩光芒。红色和绿色的明亮发射是镧系元素成为当今电视机和紧凑型荧光灯泡不可或缺的组成部分的原因。
从技术角度来看，稀土元素更具吸引力的一个特点是其中一些具有高度磁性。与其他金属合金化后，它们可以制成异常坚固和紧凑的磁铁：非常适合计算机硬盘驱动器、无绳电动工具、麦克风和耳机。iPod三重使用了稀土：用于存储数字音乐，在耳机中重现音乐，以及显示正在播放的内容。一种含有铽和镝的铁合金具有特别有用的特性：它在磁场中能够高效地膨胀和收缩。传感器、执行器和喷油器通常使用此类材料，例如用于调节汽油流入汽车发动机的流量。
紧凑、强大的磁体是高效发电机和电动机的关键部件，这使得稀土在绿色技术中成为明星。 （美国最大的稀土开采企业Molycorp Minerals乐观地称它们为“绿色元素”。）掺有镧系元素的超强磁体被用于风力涡轮机发电。一台能够产生2.5兆瓦功率的涡轮机通常使用700磅的钕。高速磁悬浮列车广泛使用此类磁体使车厢悬浮在轨道上方。丰田普锐斯实际上是稀土的移动展示品，含有八种不同的元素，总共重达25磅的稀土含量。
但镧系元素的商业多功能性远远超出了电子世界。铈就是一个很好的例子。它由瑞典化学家永斯·雅各布·贝采利乌斯于1803年发现，他以两年前发现的小行星谷神星命名。（谷神星当时被认为是一颗新行星，因此备受推崇。）1885年，维也纳化学家卡尔·奥尔·冯·威尔斯巴赫发现，少量氧化铈与氧化钍一起可以有效地增加煤气灯的亮度。此后不久，奥尔发现铈和铁的混合物很容易产生火花。他谦虚地称之为奥尔金属的合金，至今仍用于点燃香烟打火机中的火焰。
铈的应用持续增长。氧化铈细粉，被称为光学抛光红，是抛光玻璃的极佳磨料。铈化合物形成无毒的红色颜料，用于玩具和家用产品。在医学上，铈化合物曾用于治疗从结核性咳嗽到晕船的各种疾病；如今这些治疗大多被认为是江湖骗术，但该元素在医院中仍占有一席之地，用作严重烧伤的防腐洗剂。
如果你的烤箱是自清洁型号，你的厨房里可能有氧化铈；它有助于分解烧焦的剩饭。如果你的汽车使用年限不到35年，你的汽车里肯定有氧化铈。这种化合物能将汽车尾气中的一氧化碳转化为危害较小的二氧化碳。作为添加到柴油中的细粉，氧化铈还能清除卡车和公共汽车产生的烟尘。工业每年消耗55,000吨铈。这种从一种叫做独居石的风化花岗岩中提取的元素，每磅售价约60美元。
有用却如此陌生：普通人对稀土仍然知之甚少，尽管其中许多元素确实正在为世界带来光明。铈是电影制片人用于照亮现场动作的强烈白光弧光灯中的关键元素。掺杂氧化铈的玻璃能有效吸收紫外线。这使其可用于防紫外线窗户和太阳镜，以及保护X射线设备免受辐射损伤。另外两种稀土金属，钕和镨，在光谱的另一端发挥作用。它们能阻挡红外线，因此被纳入焊工护目镜中，以保护工人眼睛免受热量伤害。这些氧化物还能吸收黄色和绿色，因此用它们制成的玻璃具有独特的淡紫色。
更广泛地说，稀土因其丰富多样的光学特性为我们的世界增添色彩。陶器和花瓶上的釉料通常含有氧化锡（白色）、氧化铜（蓝色）或氧化铁（琥珀色）。但稀土氧化物可以溶解在釉料中，创造出更奇特的色调，如粉红色和石灰绿色，具有艺术家喜爱的锐利、电光外观。“它们可以是透明的，这真正让陶瓷生动起来，”北卡罗来纳州教堂山的一位陶瓷艺术家大卫·皮尔说。例如，添加氧化铒可以产生一种微妙的色调——“更像是粉红柠檬水，而不是Pepto-Bismol（一种粉色止泻药），”皮尔这样描述道。
绚丽的荧光是另一种稀土元素的名片，它也有一个奇怪的名字：铕。元素通常以发现它们的城镇或地区命名，有时方式非常地方化，就像釔的情况一样。铕却逆势而行。它是最后一种被发现的天然镧系元素，在1901年。那一年，法国人欧仁-阿纳托尔·德马尔赛从另一种稀土——钐（间接以俄罗斯矿业官员V. E. Samarsky-Bykhovets命名）的样品中分离出了这种元素，将其作为杂质。德马尔赛慷慨地决定不以他工作的地方巴黎或法国来命名他的元素，而是为了纪念整个欧洲。
在所有稀土元素中，铕也许是最引人注目的。它用于显示屏的荧光粉中，在那里发出红色和蓝色光。少量的铕也被添加到水银蒸汽路灯中，以使其原本冰冷的蓝光变白。它甚至进入了我们的钱包。欧洲中央银行的官员显然决定，将基于铕的化合物添加到欧元纸币中作为荧光防伪标记将是合适的。当纸币在银行的紫外线扫描仪下检查时，桥梁和欧洲大陆的图像会发出绿色的光。铕和欧元之间的关系没有被宣布；直到荷兰乌得勒支大学的两名好奇的化学家Freek Suijver和安德里斯·迈耶林克将纸币放入他们的光谱仪中时，才揭示了这一秘密。他们开怀大笑，但未能确定是谁策划了这个复杂的内部笑话。“我了解到铕的使用是故意的，”迈耶林克说，“但我很抱歉地说，我没有关于是谁、在哪里以及如何决定使用铕发光的内部信息。”
然而，稀土的重要性在工业化世界中并非秘密。一年前，当中国宣布将限制出口时，所有稀土的商品价格几乎立刻飙升。短短六个月内，氧化钐的价格翻了两番，到今年5月超过每磅50美元，这归因于它与钴合金化后成为永磁超强磁体的特性。钐在极端温度下保持强磁性的能力使其成为军事领域精密制导武器的首选材料。4月，中国采取措施，通过延长稀土勘探和新矿开采的国家禁令来维持高价。
尽管头条新闻令人担忧，最新的稀土狂热可能只不过是一个泡沫。不久前，中国积极寻求更廉价的稀土分离方法，受益于缺乏昂贵的环境法规，这也是该国获得目前近乎垄断地位的原因。但其主导地位很可能只是暂时的。“由于价格低廉，竞争对手都关闭了，”佩卡·皮克说。“在目前的情况下，新的产能无疑将重新启动。”
加利福尼亚州的山口是美国稀土可能再次崛起的地方之一。在这里，Molycorp曾经满足了世界上大部分对这些元素的需求。该公司于2002年关闭了业务，但今年早些时候重新开放了矿山。另一家美国公司U.S. Rare Earths拥有蒙大拿州和爱达荷州的镧系元素资源的矿产权利；根据政府问责局的一份报告，这些资源处于“早期勘探开发阶段”。报告指出，这些地区的矿山可能需要长达15年的时间才能投入运营，“主要是由于遵守多项州和联邦法规所需的时间。”
研究元素周期表的其他部分也可能为某些镧系元素找到替代品。今年1月，丰田汽车——因价格上涨和供应担忧而受惊——宣布正在开发一种新型推进系统，称为感应电机，用于未来的电动和混合动力汽车。这项技术值得注意的是不依赖稀土元素。
然而，就目前而言，世界对镧系元素仍旧痴迷，而中国是唯一拥有并运行着加工能力的地方。至于伊特比，那个矿至少不太可能重新开放。它现在是一个历史地标，位于铽路和矿山路交叉口附近。码头边有一块小牌子纪念它，上面注明了该遗址对化学的巨大贡献。
镧系元素的生活：丰田普锐斯
自1997年推出以来，丰田已在全球售出200万辆普锐斯，其中在美国售出100万辆。不幸的是，虽然世界上最受欢迎的混合动力车节油，但它却消耗大量稀土。普锐斯的动力来自一个电池组，其中含有约20磅的镧，镧在电池的正负极之间传输电子。普锐斯电动马达中的强力磁铁含有钕，其成本在2011年前三分之一的时间里上涨了150%。镧的价格在过去一年中上涨了七倍，达到每磅60美元，2010年，中国曾因外交纠纷短暂暂停对日本的稀土出口。丰田正与电动汽车公司特斯拉汽车合作，在未来的汽车中安装不含稀土的马达。
镧系元素的生活：棒球棒
你是公司垒球队中最弱的球员吗？一个完全合法的提高表现的方法是使用注入稀土元素钪的金属棒。当与铝混合时，这种银白色元素会缩小并细化金属晶粒，制成一种高度抗裂的合金。“只需一点点就能让你制造出更坚固的球棒，而不会牺牲弹性和耐用性，”Easton Sports的球棒工程总监Dewey Chauvin说。“你可以为球棒添加更多功能，比如更长的棒身，从而获得更大的击球甜蜜区，而不会增加重量。”但钪的产量如此之低，以至于这种元素（也用于自行车架和长曲棍球棒）每磅可能要花费数百美元，将其使用限制在售价150美元或以上的顶级球棒上。
镧系元素的生活：智能手机
如果没有稀土，消费电子产品不断缩小的时代几乎是不可能实现的。钕是这里最重要的元素之一，因为它具有强大的磁性。在现代手机中，钕是晶圆薄永磁体的关键成分，它将扬声器和耳机中的电信号转换为声波。它还用于在你关闭铃声时振动的小型马达中。其他稀土元素对于智能手机、电视和笔记本电脑中生动的显示屏至关重要。铕和铽分别发出红色和绿色光，它们在2011年前四个月的市场价值上涨了75%以上。随着平板电脑和电子阅读器的普及，彩色触摸屏变得越来越普遍，预计需求将进一步增长。
镧系元素的生活：风力涡轮机
无碳电力因稀土而大受裨益。在风力涡轮机的转子后面，线圈在磁场中移动以产生电流。为了最大限度地提高效率，通用电气等制造商通常使用包含稀土元素的高强度磁体。有些涡轮机含有700磅的钕。“如果没有稀土，你就必须使用更大、更重的磁体，并且你必须建造一个更坚固、更昂贵的塔来支撑它们，”美国能源部艾姆斯实验室的材料科学家亚历克斯·金说。去年，通用电气获得了200万美元的联邦拨款，用于开发稀土含量仅为现有产品五分之一的磁体。
