探索地球,可先从区分3He和4He入手

作者: 李中平

来源: 科学大院

发布日期: 2023-04-20 07:03:43

本文探讨了氦同位素在地球科学中的应用,包括其稀有性、测量方法及其在地球内部物质演化和循环研究中的作用。同时,文章还强调了氦气作为战略资源的重要性,并呼吁保护这一稀缺资源。

探索地球,可先从区分3He和4He入手。He从太阳来,我们却在月亮上继续找它,希望有一天用在地球上。从这一拧巴的路径,不难看出人类对这一元素周期表排名第二元素——氦(Helium)的孜孜追寻。今天,我们书接上回,先暂时不提上月球开发He的事情,而是脚踏大地,看看区分不同的He同位素能对我们探索地球有何作用。

宇宙中第二的元素,地球上为什么如此稀有?先来看看氦在地球上多不多。继氢原子之后,氦是可观宇宙中第二轻且含量第二高的元素,在全宇宙的元素质量中大约占了24%。但是,在地球系统中,氦元素非常稀有,在大气中的体积百分比约只占百万分之五左右。为何如此?这是因为氦很“轻”,地球的引力不足以将其吸引留在大气层中,为其逸散到太空中创造了条件。

氦同位素比值是如何测量的?

要想知道如何利用氦同位素探索地球的奥秘,我们还是首先得知道氦的同位素比值怎么测量。同位素是指具有相同数量质子数而不同数量中子数的核素或原子,在元素周期表上占据同一个位置,同位素比值就是某种元素不同同位素原子的数量比例,比如说3He/4He比值就是氦元素的3He和4He两种同位素的原子的数量比例。同位素比值的测量可以用于确定物质或者样品的年龄、地质年代、地球化学过程、生物学过程等。

利用氦同位素,还能干点啥?虽然氦同位素在地球化学研究中的应用已经有了很大发展,但仍有很多未知的领域需要我们去探索。例如,我们仍然不知道地球内部的某些区域的氦同位素组成和分布情况,以及地球演化对它们的影响。此外,氦同位素也可以用于研究地球外的天体,例如太阳系中的行星和陨石,从而更好地理解宇宙的形成和演化过程。

珍惜氦气,保护氦气,绝对不是说说而已。氦气是一种重要的战略资源,全球供应非常集中。

它广泛应用于航空航天、半导体产业、尖端科研等领域,是国防军工和高科技发展所必需的战略性物资。遗憾的是,我国是一个贫氦国家,氦气资源比较匮乏,其氦资源仅占全球总量的2%,目前大部分氦气都依赖进口。为满足我国对氦气不断增长的需求,中国的科学家们正在不断寻找新的氦气资源,并努力开发更高效的氦气富集和利用技术,改变我国氦气资源研究、评价、勘探程度较低,资源量和储量情况基本不明的面貌。

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