环球影城的气球:120元一个,但心疼的不是钱

作者: 孙亚飞

来源: 果壳

发布日期: 2021-09-29

本文讨论了北京环球影城高价氦气球背后的原因,即氦气资源的稀缺性和重要性。文章详细介绍了氦气的物理和化学特性,以及它在高科技领域如核磁共振仪中的关键作用。同时,文章也提到了氦气在全球范围内的短缺问题,并呼吁公众减少对氦气的非必要使用。

9月20日,大家期待多年的北京环球影城终于开业了。50元一碗的拉面,30元一杯的奶昔,好像也能吃得起,但当果壳同事想买一个气球重温一下童年时却被价格狠狠劝退:“街上10元一个的气球,环球影城竟然要卖120元,环球影城的良心不会痛吗?”

但是你知道吗,如果从地球资源的角度来看这些气球,120元一只还真不算贵,甚至还显得太便宜了——最合理的做法应该是把娱乐性氦气球提到“买不起”的价格,要不然地球上珍贵的氦气很快就要被这么用光了。

我们常见的气球,如果要想在空气中飘起来,就需要气球里面的气体密度比空气更小。这样的气体有很多种,常见的甲烷、氨气,密度都要小于空气。但是因为气球本身也有重量,只有气球里面的气体密度远远小于空气才可以。这样一来,选择就只剩下两种,一种是氢气,它的密度是空气的大约1/15,还有一种就是氦气,它的密度大约是空气的1/7。

氢气很好获得,价格也很便宜,现在大街上流行的气球多数都是氢气球。可是氢气球也有个非常致命的问题,那就是氢气太易燃了,而且它也是一种穿透力特别强的气体,所以玩氢气球的时候,碰上个电火花就可能导致剧烈燃烧甚至是爆炸。

相比于火爆的氢气,氦气的脾气就太平和了,就算把它放在火上烤,也不会出现什么危险。实际上,氦气是惰性最强的气体之一,化学上将它和它的那些亲戚们归属在惰性气体之中。但也是它的这个特点,让它成为地球上最紧缺的资源之一。

宇宙中最丰富的氦气,却很难搞。氢和氦,分别排在元素周期表的第一、二位,它们也是整个宇宙中总量排在第一和第二的元素,在太阳系中也不例外。太阳系中的核心——太阳,以及木星、土星这样的气态行星中,氢和氦元素的含量都非常丰富。

地球是一种岩质行星,主要的组成部分就是二氧化硅这样的岩石。但是就算这样,在地球刚刚形成的时候,也还是含有很多的氦元素。可是,45亿年后的现在,地球上的氢气依然普遍,氦气却很难得到,最主要的原因就是氦元素太惰性了。

氢元素可以和很多元素发生反应,例如和氧元素结合成水,以海洋的形式保留在地球上,所以经过这么多年,氢元素也没有出现短缺。相比之下,氦元素几乎不能和其他任何元素以化学方式结合,这导致地球上所有的氦元素都是以氦气的形式存在。

这些气体在经过漫长的地质运动后,绝大部分都进入到大气层中。由于氦气的密度很小,所以它们进一步漂浮到大气层上方,并最终从地球上逃逸,今天地球大气中的氦气含量只有0.00052%,已经所剩无几了。

除了氦元素自身的特点,导致地球上天然氦气储量极低外,它难搞的另一个原因是开采和储存困难。除了地球诞生时产生的氦气以外,我们现在可以开采到的氦气,基本都来自一些不稳定元素的核反应。例如我们非常熟悉的铀元素,它的一些同位素可以制作原子弹或核电站燃料,它在衰变的时候就会产生α-射线,也就是氦核,随后会转变为氦气。长此以往,在地壳深处,还蕴藏着一些氦气,只要将它们开采出来就行。

但实际上,开采氦气远不像石油那么轻松,因为天然的气体总是会以混合物的形式存在,氦气在其中的比例非常低。它被开采出来的时候,同时还与氮气、甲烷等气体混合在一起(天然气中通常就会含有一点氦气,天然气也是目前开采氦气的主要来源)。要想得到纯度较高的氦气,就需要经过一系列操作。通常采取的方法,是利用氦气极低的熔沸点,将气体混合物降温,待其他气体全部凝结以后,剩下的气体便是氦气。

氦气的储存、回收也很困难,这也和它的特点有关。氦气的沸点低,将其液化非常困难,所以纯氦气通常只会以高压气体的形式存在。一旦氦气被使用以后,想要再回收,就没什么好办法了,用一点就要少一点。

如果只是储量低、开采困难,氦气也不会像现在这样受关注,但氦气广泛的用途,让它显得更加珍贵。氦气是沸点最低的气体,而且化学性质特别稳定,这就让它可以应用在很多领域。

医院里有一种高级仪器叫核磁共振仪,它可以检测包括肿瘤在内的一些病变,但需要有很强的磁场才能工作。现在的成熟核磁技术,是借助于超导原理实现强磁场,而超导体只能在极低的温度下工作,这种低温,又只有在液氦作为冷却液时才能维持。于是,液氦就成了每一台核磁共振仪中不可或缺的成分。

而且,由于氦气极难保存,核磁共振仪工作一段时间后总会有一部分氦气逸出且无法回收,这样一来,核磁共振仪就需要时不时添加一些新的氦气才能继续工作。

氦气不容易和其他物质发生反应的特点,也让它有了很多应用场合。我们生活中经常会听说氩弧焊这种工艺,就是利用电弧进行电焊,为了防止被焊接的金属氧化,就需要用氩气进行保护。氩气和氦气是亲戚,但氦气比氩气更稳定,所以在一些对精度要求极高的场合,也会使用昂贵的氦气。在芯片加工的时候,往往也会使用到氦气。

除此以外,氦气还可以用在潜水、安全气囊等领域,当然,氦气也被用在气球里面,为人们带来快乐。就这样,人类每年需要使用数亿立方米的氦气,仅中国每年大约就需要使用大约4300吨氦气(约3200万立方米)。但是全世界已经探明的氦气储量不过73亿立方米,这样算来,全世界的氦气大约在20年内就会用尽。而中国的氦气储量只占世界的2%左右,几乎完全依赖于进口。

在短短几十年里,我们正在耗尽地球数十亿年积累下的氦气资源。每次用氦气填充一个气球,都会从地球上带走大约3 × 10^23个氦原子,它们升上大气层,逃脱地心引力,进入宇宙,再也不回来。120元一只的氦气球,只是氦气短缺的一个缩影。2019年,东京迪士尼也曾宣布,因氦气供应紧张,间歇式提供卡通画氦气球。

自冷战时期开始,美国就已经注意到氦气的重要性,并且开始战略性地储备氦气,一度成为世界上氦气储量最大的国家。1986年,美国克利夫兰有一家慈善机构突发奇想,要用放飞氦气球的方式,提醒人们氢气球的危险性。为了引人注目,这场气球放飞活动最终收集到了多达150万只氦气球,创造了吉尼斯世界纪录。

这一次氦气球放飞浪费了巨量的氦气,而且更可笑的是,这么多氦气球给当地的交通、商业造成了瘫痪性的破坏,甚至加拿大的航班都因这些氦气球而不能正常起降。

没有人知道美国浪费了多少氦气,就像没有人知道美国有多少储备一样。冷战结束以后,全世界都向美国购买氦气,氦气的使用量出现了新的高峰。很快,美国发现“地主家也没有余粮了”,又开始对氦气的出口进行限制,优先供应包括美国航空航天局(NASA)在内的美国机构。如此一来,美国的氦气出口急剧下降,全世界又因此陷入了氦气荒。

但是在这个事情上,也怨不得美国如此任性,最根本的问题还是氦气的绝对短缺。在这样的背景之下,给全世界带来的改变就是尽可能不再使用氦气。氦气球虽然安全也好玩,但是因为氦气供应紧张,越来越多的人开始主动或被动地放弃氦气球。不仅如此,就连很多必须要使用氦气的高科技领域,也在寻求氦气以外的解决方案。比如液氦是核磁共振仪中的关键成分,现在已经出现一些有潜力的无氦技术,可以让核磁共振仪摆脱对液氦的依赖。

对我们个人来说,面对氦气供应紧张的局面,或许可以做到的就是从自身做起,拒绝玩耍氦气球。这已经不再是买不买得起的问题,而是可能涉及到生死存亡。毕竟,相比于玩不了氦气球而哭闹的孩子,那些因为核磁共振仪缺氦以至于无法诊疗的孩子要可怜得多。

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