地球的半径约为6371公里,而人类地下钻探的最大深度也才12公里左右,连地壳都还没有挖穿,更别提地幔和地核了。可见,人类对地球的了解还停留在表面。
那么,地球深处有没有埋藏着什么有价值的东西?科学家通过追踪火山气体与海底热泉发现,有一种极为罕见的气体,正以每年约2公斤的速度从地球内部"逃逸"出来。
地球正在"泄漏"。生日派对和太空探索任务有什么共同点?答案是氦气。
这是一种无色、无味、无臭的气体,它很可能正从地球最核心的地方泄漏出来。而且不是普通的氦气,是氦-3。
它和太阳产生的气体相同,也是覆盖在月球表面的气体,有潜力成为一种强大的能源。如今,地核正在泄漏这种气体。
这究竟令人担忧,还是令人兴奋?这巴芬岛是加拿大最大的岛屿。它以宏伟的荒野景观著称,拥有广阔的水域和高耸的山脉。
但此前它因另一个原因登上新闻:岛上散布的岩石。岛上发现了火山岩,它们的特别之处在于含有氦-3。为什么这件事意义重大?
氦是一种无臭、无色、无味的气体,氦-3是氦气的一种。它很轻,性质稳定。太阳产生的就是这种气体,月球表面覆盖的也是这种气体。
它在宇宙中很容易找到,在地球上却很罕见。不过,它可能正从地核中泄漏出来。
从构成上看,氦-3是氦的同位素,原子核由两个质子和一个中子构成,而我们熟知的氦气,主要是由两个质子和两个中子构成的氦-4。地球大气中的氦有99.99986%都是氦-4,氦-3仅占约0.000137%。
即便把地球上的氦-3全部加起来,最多也就500公斤的量级。在自然界中,氦-3可由氢的放射性同位素氚衰变形成。
氚的原子核中有一个中子会转化为质子,释放出β⁻粒子和反中微子,从而形成氦-3。先别慌,下面来看看究竟发生了什么。
科学家早就知道地球在"泄漏"。他们不确定这一过程从何时开始,但认为它已经持续了上千年。问题在于,他们不知道泄漏的是什么。
新的研究表明,巴芬岛上的火山岩为解答这一问题提供了线索。这些岩石含有氦-3,因此氦-3很有可能正从地球内部泄漏出来。
它可能被困在地核中,缓慢逸出,最终以岩石的形式抵达地球表面。据说,地球在"婴儿时期"吞下了氦,那大约是在46亿年前。
当时,原始星云中的氦-3随着星际物质一同汇聚,被带入了地球深处。地球形成早期,一颗与火星大小相近的天体忒伊亚与地球相撞,巨大的能量使地幔熔化,大量氦气被释放出来,但地核仍"保护"住了一部分氦。
从那以后,地球每次喷出熔岩,都会把氦"打嗝"般释放出来。这并不只是一个粗俗的比喻。氦是一种不容易与其他物质结合的元素。
它很轻,所以几乎留不住在地球上,大部分会逃逸到大气中。这使得它在地球上十分稀少。事实上,这是地质学中最大的未解之谜之一。
没有人知道我们脚下究竟有多少氦,也没有人确切知道为什么其中一部分能留在熔岩中,而且至少多到足以形成岩石。科学家正试图找到答案,他们想证实氦-3确实在从地球中泄漏。
如果属实,这将是一项令人振奋的发现。科学家借助质谱仪检测火山气体、海底热泉和洋中脊岩浆中的氦同位素比例,发现其远高于大气水平。
其中,长约6万公里的洋中脊,正是地幔物质上涌的主要通道。氦-3可以告诉我们许多关于地球如何形成的信息,比如这一过程为何开始、何时开始,以及地球是如何"泄漏"的。
如果在地球上发现更多氦-3,还可能带来其他好处。这种气体有潜力产生大量能源,可以作为核反应堆的燃料,也可以为太空任务提供助力。
它之所以备受关注,是因为可用于核聚变。氦-3与海水中丰富的氘发生反应,能释放巨大能量,且几乎不产生放射性核废料,被视为人类的"终极燃料"。
此外,在医学磁共振成像中,氦-3能显著提升肺部成像的清晰度;在低温物理学中,它也是研究超流体等现象不可或缺的物质。
最好的一点是,从地球泄漏出 来的氦并不会对地球造成影响,无论对人类还是对环境,都不会产生任何负面影响或冲击。
不过,目前人类主要从天然气提取氦的过程中获取少量氦-3,成本高昂且产量稀少,难以满足未来核聚变发展的需求。相比之下,月球被认为是储藏氦-3的"宝库"。
数十亿年来,太阳风不断将氦-3吹向没有大气层保护的月球表面,并被月壤中的矿物颗粒吸附。据估计,月球上的氦-3储量约有100万至250万吨,远超地球上的总量。
我国嫦娥五号于2020年带回月球正面月壤样品,嫦娥六号于2024年带回人类首份月球背面样品,为研究月壤中的氦-3等资源提供了宝贵材料。
未来,随着可控核聚变技术不断突破,氦-3有望在能源领域发挥更大作用。
由此看来,氦-3带来的好处正等待着地球。正如《老友记》中罗斯·盖勒所说:"地质学真棒!"
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