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科學家發現,一種古老且珍貴的氣體,正從地球內部釋放出來!
2023/04/26

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十年前,巨石強森主演了一部輕松的奇幻片叫《地心歷險記》,帶觀眾開了回腦洞,在地心構建了一個美麗神奇的地下世界,那里確實有滾燙的巖漿,但也有人類從未見過的生物。

《地心歷險記》里描述了一個神秘的地心世界

但影視劇畢竟是影視劇,別看人類現在的科技能上天能下海,太空遨游不是事,世界最深的海底也能去逛幾圈,但其實至今對地球的了解還知之甚少。

地球內部有沒有奇幻世界不知道,但科學家倒是發現有一種古老珍貴的氣體,源源不斷地從地球內部釋放出來。它不如《地心歷險記》中的鉆石那麼耀眼奪目,但它卻有著鉆石都不能比擬的價值,它就是 氦-3

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地球內部的氦3價值很高

珍貴的氦-3

氦-3是氦氣的同位素氣體,性質穩定,無色無味,是一種極具潛力的清潔能源,是解決人類能源危機,改變能源結構的高效率燃料。

它能與氫的同位素發生核聚變反應,但過程中不產生中子, 因此產生的放射性廢料少,安全環保又容易控制,是制造清潔核能的最佳原料之一。

它能與氫的同位素發生核聚變反應

人類在多次對月球的探測中發現,月球上月壤中的氦-3儲量非常多,據估算, 整個月球的月壤能提供大約71.5萬噸的氦-3,比地球上已探明的氦-3儲量多得多。要是人類能從把月壤中氦-3帶回地球,提高清潔核能的開發便不是夢。

但是以目前的人類科技來說,在月球開采氦-3并運回來,費用高達3000億美元。

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因此,關于月壤開采項目,人類還在仔細地從長計議中。

人們發現月球上有大量的氦3

之前人類估計的 地球氦-3儲量大概總共只有幾百公斤,真是少的可憐,但有人不相信,并且堅持認為地球上一定藏有大量的氦-3,只不過藏的比較深,在地核中。

來自美國新墨西哥大學的物理學家 彼得.奧爾森就是該觀點的支持者,于是他帶領團隊展開了研究,結果證實了 地球內部的確每年都在往外泄漏氦-3

奧爾森形容了一下, 每年的泄漏量大約是2000克,匯聚在一起的話,能充滿一只普通桌子那麼大的氣球。奧爾森還表示,這不僅為人類提供了大量的資源,還提供了地球起源的線索。

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奧爾森和其它研究人員發表的關于地球氦3變化的文章

那怎麼氦-3跟地球起源扯上關系了呢?

地球起源問題

宇宙中的天體很多是氣體云碰撞融合形成的,星團是這樣,恒星也是這樣。日本的研究人員曾經證實過這一點,報告發表在了2021年1月的《日本天文學會出版物》雜志上。

在諸多的天體中, 星云的坍縮或凝結能形成恒星和行星,而星云的主要成分首先是氫氣、其次就是氦氣。比如太陽的主要成分就是這兩樣,月球上有那麼多氦-3,也是這個道理。

星云的主要成分是氫,其次是氦

同樣,地球中也會有大量的氦氣存在,只是隨著地殼的逐漸冷卻凝固,它們被「封印」在了地球內部。 如果將來人類還能發現地核中也有氦氣,那麼地球起源于星云就得到了進一步的證實

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因為氦氣是天然形成的,幾乎無法人工合成,即使靠氚的放射性衰變來制造氦氣,也很難,成本也很高。所以我們才說,從地球內部跑出來的氦-3氣體非常古老,而且珍貴。

目前有氦-3釋放最快的地方大多是火山地帶,火山就像地殼的裂口,時不時將地球內部的能量釋放一些出來。

氦-3釋放最快的地方大多是火山地帶

奧爾森提過,通過氦-3釋放研究地球起源的一項工作時,要看地核是不是也在釋放它,所以我們可以得知,現在檢測到 地表泄漏的氦-3不知道有多少是來源于地幔,多少是來源于地核

奧爾森曾和他的團隊做過實驗模擬地球形成的過程,他們發現,按宇宙大爆炸理論,爆炸后發生的各種天體相撞,讓剛形成不久的地球也受了傷,地幔再次熔化,原本鎖在地幔里的氦-3丟失了,但巖心足夠堅硬抵抗住了一部分撞擊,也鎖住了氦-3。

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根據模擬,奧爾森認為, 地核中應該還有一部分氦-3

地球早期吸積過程獲得氦-3的過程(左),以及之后失去氦-3的過程(右)

而月球上的氦-3是怎麼來的呢?

奧爾森團隊認為,地球當時被小行星碰撞的時候,濺起了大量的物質,受太空中各種引力的牽引,它們漂浮在地球周圍,又經過長時間的變化和與其他氣體、塵埃等融合積累,就形成了月球。 因此月壤中的氦-3其實還是來自于地球

地球的氦3耗盡了怎麼辦

按照奧爾森計算的氦-3泄露量, 可能要不了多久,地球內部的氦-3就耗盡了,如果到那一天,會對人類產生什麼影響嗎?

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地球內部的氦-3說不定哪天就耗盡了

根據氦-3的應用領域來看,基本上拿來當燃料使用,大不了氦-3沒有了,核聚變我們用鈾235就行了,反正目前,全世界的鈾礦儲量都不算少。

但是在同樣品質下, 氦-3聚變后釋放的能量是鈾235裂變釋放能量的12.5倍,最關鍵的是氦-3幾乎零污染,而鈾235有

而且鈾235做核能源,如何控制它的核污染擴散是個復雜又困難的事情,在裂變中控制不好,還可能發生爆炸。

鈾235做核能源在裂變過程中存在爆炸隱患

所以,在同樣的通途中,能用氦-3,為什麼要選擇鈾235呢?

值得一提的是,除了在核能方面使用,氦-3體還有很多用處是鈾235替代不了的。氦-3屬惰性氣體, 很穩定,飛艇要用到它,火箭燃料要用到它,甚至普通醫學上也要用到它

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我們平時去醫院做核磁共振掃描,這台機器上就得用到氦-3做冷卻劑,連超市的掃碼儀都得用到它。

核磁共振掃描儀器就需要用氦3做冷卻劑

每一種元素都有它不可替代的價值,氦-3應用前景高,儲量小,隨著它的不斷泄漏,將來市場上的賣價會越來越高。

而且從現在有能力探索月球的國家的表現來看,也知道氦-3有多麼搶手。 但凡地球上能找到一種元素能替代它,我們都不會想著花高價去開采月壤

畢竟除了開采成本很高之外,還 需要先將月壤加熱到700度以上,這個過程需要耗費大量的氧氣,耗能高,速度慢,月球上沒有氧氣,所以無法做到。

開采的條件中有一條需要對月壤進行加熱

對此,也有俄羅斯科學家提出建議,稱 人類可以每年發射2艘或者3艘能載重100噸的飛船上月球,挖一次月壤回來,全人類大概能用1年。

但這個想法說的真是輕巧,造這麼大的飛船技術難題如何攻克,成本又得花多少錢?還有送上去的技術和花費呢?

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