分享

科学家发现:一种古老且珍贵的气体,正从地球深处不断地释放出来

 魅力科学君 2023-10-30 发布于四川

地球的半径大约有6371公里,而我们人类在地球上钻得最深的位置,其深度也就是12公里多一点,如果将地球比作一个鸡蛋的话,那我们甚至连它的蛋壳都没有钻穿,所以对于地球深处的情况,我们目前知道的并不多,不过在科学家的努力下,地球深处的秘密也在一点一点地被发现。

比如说科学家就发现:有一种古老且珍贵的气体,正从地球深处不断地释放出来。这种气体其实就是由氦-3构成的单原子气体,简单来讲,氦-3是一种氦同位素,其原子核由两个质子和一个中子组成,是一种稳定的同位素,在可控核聚变的研究领域,氦-3被誉为“完美的核聚变原料”,因为它们的核聚变不但释放的能量很大,而且还不会产生中子辐射。

由于氦很轻,并且还是一种惰性元素,几乎不可能与其它的元素形成更重的化合物,而地球的引力又不能对氦气形成有效的束缚,因此地球上的氦其实是非常少的,在此基础上,再加上地球上的氦绝大部分都是氦-4,而氦-3在其中所占的比例仅为0.000137%,所以氦-3就显得极为珍贵。

早在2022年3月的时候,一个来自新墨西哥大学的研究团队就发现,地球海洋底部的“洋中脊”会释放出氦-3气体,科学家认为,这些氦-3应该是来自于地球深处。

在我们地球上,氦-3是可以自然形成的,其主要生成途径就是宇宙射线的轰击,例如宇宙射线中的快中子轰击大气层中的氮-14原子核的时候,就有可能生成碳-12和氚,而氚是一种不稳定的放射性同位素,其半衰期只有大约12.43年,它们的原子核由两个中子和一个质子构成,在发生β衰变之后,氚就会转变成氦-3。

显而易见的是,在地球深处是没有这样的途径的,那么,这些地球深处释放出来的氦-3是从何而来呢?科学家给出答案就是:它们其实是地球形成之初就“自带”的。

根据科学界的主流观点,我们的太阳系其实是形成于一片巨大的原始星云发生的引力坍缩,在此过程中,太阳首先在星云中心形成,在此之后,这片原始星云的残余物质则一边围绕太阳旋转,一边相互碰撞和吸积,并最终形成了太阳系中的各种天体,其中就包括了地球。

需要知道的是,这片原始星云中其实是有一部分氦-3的,它们中的大部分都是来自宇宙的诞生之初的“原初核合成期”,其时间段大约是“宇宙大爆炸”发生后的10秒至35分钟,在此期间,宇宙中生成了大量的氦元素,其中就含有一部分氦-3,除此之外,还有一少部分是来自那些古老恒星的核聚变反应。

所以在地球的形成之初,其氦-3的含量是远超现在的,但由于地球的形成是一个物质不断碰撞和吸积的过程,在此过程中,大量的动能会转化成热量,所以地球在形成之初,其实是一颗炽热的熔融态星球,在这种情况下,原始地球上的氦-3会大量地流失。

而根据科学家的推测,在大约45亿年前,地球还曾经遭到过一颗与火星差不多大的行星撞击,撞击过程产生的高温,又会进一步加剧了氦-3的流失,计算机模拟的结果显示,在此次撞击之后不久,地球的地壳和地幔中的氦-3就已经流失殆尽,只有地核中还存在着少量的氦-3。

由此可见,这些从地球深处不断地释放出来氦-3气体,其实就是来自地核,它们是非常古老的,其存在时间至少已经有46亿年,其中的一部分甚至还可能形成于宇宙诞生之初。

科学家认为,氦-3在地核和地幔之间的迁移主要是通过与氧化镁发生“溶出作用”来实现的,在被转移到地幔之后,这些氦-3又会随着地幔物质的运动逐渐上移到地球表面,并最终以气体的形式被缓慢地释放出来。

值得注意的是,根据近日发表在《自然》杂志上的一项新研究,一个来自爱丁堡大学的研究团队,在加拿大巴芬岛(Baffin Island)上的火山岩中,检测到浓度异常高的氦-3,研究人员指出,这些火山岩是由从地球深处涌出的岩浆形成,而其中的“浓度异常高的氦-3”,无疑为上述的观点提供了又一个有力的支撑。

看到这里可能有人会问了,既然这些古老且珍贵的气体,正从地球深处不断地释放出来,那我们能不能将它们利用起来呢?很遗憾,答案是否定的。

因为这些氦-3的释放量实在是太少了,根据科学家的估算,平均每一年,其释放量只有2千克,并且还是极为分散的,所以我们根本就无法对其收集利用,可以预见的是,这些氦-3在被释放出来之后不久,就会从逃逸到外太空去,毕竟地球的引力不能对它们形成有效的束缚。

顺便讲一下,太阳的核聚变也会产生氦-3,在它释放出的“太阳风”里,其实就包含了微量的氦-3,但由于地球磁场的阻挡,“太阳风”里的氦-3是无法抵达地球表面的。

不过月球却在很久之前就失去了磁场,在过去的近40亿年时间里,“太阳风”都能够长驱直入,并将其中的一部分氦-3留在月球表面,在日积月累之下,月球上就积累了大量的氦-3,其总量至少有上百万吨之多,所以我们人类在未来想要大量地获得氦-3,有一个不错的选择就是:到月球上去。

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多