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科学家发现,一种古老且珍贵的气体,正从地球内部释放出来

我要新鲜事2023-06-20 19:19:121

十年前,巨石强森主演了一部轻松的奇幻片叫《地心历险记》,带观众开了回脑洞,在地心构建了一个美丽神奇的地下世界,那里确实有滚烫的岩浆,但也有人类从未见过的生物。

但影视剧毕竟是影视剧,别看人类现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几圈,但其实至今对地球的了解还知之甚少。

地球内部有没有奇幻世界不知道,但科学家倒是发现有一种古老珍贵的气体,源源不断地从地球内部释放出来。它不如《地心历险记》中的钻石那么耀眼夺目,但它却有着钻石都不能比拟的价值,它就是氦-3

珍贵的氦-3

氦-3是氦气的同位素气体,性质稳定,无色无味,是一种极具潜力的清洁能源,是解决人类能源危机,改变能源结构的高效率燃料。

它能与氢的同位素发生核聚变反应,但过程中不产生中子,因此产生的放射性废料少,安全环保又容易控制,是制造清洁核能的最佳原料之一。

人类在多次对月球的探测中发现,月球上月壤中的氦-3储量非常多,据估算,整个月球的月壤能提供大约71.5万吨的氦-3,比地球上已探明的氦-3储量多得多。要是人类能从把月壤中氦-3带回地球,提高清洁核能的开发便不是梦。

但是以目前的人类科技来说,在月球开采氦-3并运回来,费用高达3000亿美元。因此,关于月壤开采项目,人类还在仔细地从长计议中。

之前人类估计的地球氦-3储量大概总共只有几百公斤,真是少的可怜,但有人不相信,并且坚持认为地球上一定藏有大量的氦-3,只不过藏的比较深,在地核中。

来自美国新墨西哥大学的物理学家彼得.奥尔森就是该观点的支持者,于是他带领团队展开了研究,结果证实了地球内部的确每年都在往外泄漏氦-3

奥尔森形容了一下,每年的泄漏量大约是2000克,汇聚在一起的话,能充满一只普通桌子那么大的气球。奥尔森还表示,这不仅为人类提供了大量的资源,还提供了地球起源的线索。

那怎么氦-3跟地球起源扯上关系了呢?

地球起源问题

宇宙中的天体很多是气体云碰撞融合形成的,星团是这样,恒星也是这样。日本的研究人员曾经证实过这一点,报告发表在了2021年1月的《日本天文学会出版物》杂志上。

在诸多的天体中,星云的坍缩或凝结能形成恒星和行星,而星云的主要成分首先是氢气、其次就是氦气。比如太阳的主要成分就是这两样,月球上有那么多氦-3,也是这个道理。

同样,地球中也会有大量的氦气存在,只是随着地壳的逐渐冷却凝固,它们被“封印”在了地球内部。如果将来人类还能发现地核中也有氦气,那么地球起源于星云就得到了进一步的证实

因为氦气是天然形成的,几乎无法人工合成,即使靠氚的放射性衰变来制造氦气,也很难,成本也很高。所以我们才说,从地球内部跑出来的氦-3气体非常古老,而且珍贵。

目前有氦-3释放最快的地方大多是火山地带,火山就像地壳的裂口,时不时将地球内部的能量释放一些出来。

奥尔森提过,通过氦-3释放研究地球起源的一项工作时,要看地核是不是也在释放它,所以我们可以得知,现在检测到地表泄漏的氦-3不知道有多少是来源于地幔,多少是来源于地核

奥尔森曾和他的团队做过实验模拟地球形成的过程,他们发现,按宇宙大爆炸理论,爆炸后发生的各种天体相撞,让刚形成不久的地球也受了伤,地幔再次熔化,原本锁在地幔里的氦-3丢失了,但岩心足够坚硬抵抗住了一部分撞击,也锁住了氦-3。

根据模拟,奥尔森认为,地核中应该还有一部分氦-3

而月球上的氦-3是怎么来的呢?

奥尔森团队认为,地球当时被小行星碰撞的时候,溅起了大量的物质,受太空中各种引力的牵引,它们漂浮在地球周围,又经过长时间的变化和与其他气体、尘埃等融合积累,就形成了月球。因此月壤中的氦-3其实还是来自于地球

地球的氦3耗尽了怎么办

按照奥尔森计算的氦-3泄露量,可能要不了多久,地球内部的氦-3就耗尽了,如果到那一天,会对人类产生什么影响吗?

根据氦-3的应用领域来看,基本上拿来当燃料使用,大不了氦-3没有了,核能源我们用铀235就行了,反正目前,全世界的铀矿储量都不算少。

但是在同样质量下,氦-3聚变后释放的能量是铀235裂变释放能量的12.5倍,最关键的是氦-3几乎零污染,而铀235有

而且铀235做核能源,如何控制它的核污染扩散是个复杂又困难的事情,在裂变中控制不好,还可能发生爆炸。

所以,在同样的通途中,能用氦-3,为什么要选择铀235呢?

值得一提的是,除了在核能方面使用,氦-3体还有很多用处是铀235替代不了的。氦-3属惰性气体,很稳定,飞艇要用到它,火箭燃料要用到它,甚至普通医学上也要用到它

我们平时去医院做核磁共振扫描,这台机器上就得用到氦-3做冷却剂,连超市的扫码仪都得用到它。

每一种元素都有它不可替代的价值,氦-3应用前景高,储量小,随着它的不断泄漏,将来市场上的卖价会越来越高。

而且从现在有能力探索月球的国家的表现来看,也知道氦-3有多么抢手。但凡地球上能找到一种元素能替代它,我们都不会想着花高价去开采月壤

毕竟除了开采成本很高之外,还需要先将月壤加热到700度以上,这个过程需要耗费大量的氧气,耗能高,速度慢,月球上没有氧气,所以无法做到。

对此,也有俄罗斯科学家提出建议,称人类可以每年发射2艘或者3艘能载重100吨的飞船上月球,挖一次月壤回来,全人类大概能用1年。

但这个想法说的真是轻巧,造这么大的飞船技术难题如何攻克,成本又得花多少钱?还有送上去的技术和花费呢?

当然,我国中科院的研究团队在嫦娥五号带回月壤之后,用高分辨透射电镜结合电子能量损失谱法,发现也许提取氦-3不再需要高温了

那么我们就静待中科院再显神威,助力我国将来的月壤开发,为我国创造更多的氦-3资源。

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