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地球正在漏气!
2023/11/7 23:21:31 | 浏览:1048 | 评论:0

近期,科学家们通过卫星数据分析和地面观测发现,地球的大气层正在漏气,特别是在两极地区,更具体地说,一种名为氦3的稀有气体正从地球内部源源不断地向外释放。

地球正在漏气!

这种气体从何而来、为何会向外源源不断地释放、对地球会有什么影响?这些问题,估计很多人都会有所疑惑。

地球正在漏气!

氦3在地球内部的形成、分布特点、含量及其作用,以及为何会释放,对地球有何影响,这些问题同样引发了科学家们的广泛关注。

氦3的形成与分布特点

从形成上看:氦3(He3)是地球上的一种稀有气体。地球内部的氦3主要来源于两个方面:一是太阳星云中的氦元素,二是在地球形成初期由行星际物质碰撞产生的。

地球正在漏气!

在太阳星云中,由于太阳风的作用,许多氢离子和氦离子被带到太阳系中。这些离子通过吸附和碰撞等方式,逐渐形成了行星和卫星等天体。在这个过程中,一些氦离子被吸附到地球上,并逐渐积累起来。

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另外,在地球形成初期,由于行星际物质碰撞的作用,地球的内部温度和压力逐渐升高。在这个过程中,一些氢离子和氦离子被吸附到地球上,并逐渐转化成氦3。这些氦3被封锁在地球内部,并随着地壳板块的无常移动和火山喷发等作用,逐渐释放到地表。

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地球大气中也含有一定量的氦3气体,主要形成于太阳风带来的氢离子和地球大气中的氮气通过自然反应而产生。此外,地壳中的天然气和石油等资源中也含有大量的氦元素,随着地壳板块的移动和火山喷发等作用,一些天然气和石油中的氦气会释放到大气中,并逐渐转化成氦3,并随着大气的循环而分布到全球各地。

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从分布特点来看:氦3在地球内部的分布并不均匀。在地球表面,氦3的浓度相对较低,但在地球深部的地幔和地核中,由于高温高压的条件,使得氦3更容易形成并被困在地球的内部,因此氦3的浓度要高得多。

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氦3为什么会“泄漏”?

氦3从地球内部释放、最终散逸到宇宙空间中,说白了,就是两个过程的动态演化。一个是地球内部的因素影响,另外一个是地球大气层的变化。

从地球内部来看,一是地壳板块移动:随着地壳板块的无常移动,板块间的压力和摩擦力可能会导致局部温度升高和压力增大,进而促使氦3从地幔或地核中释放到地表。

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二是火山喷发:火山喷发时,地壳中的岩石会因高温高压而熔融,这会使得封锁在岩石中的氦3被释放出来。

从地球的大气层来看,大气中的氦3为什么会散逸到宇宙空间中,主要是因为大气的流动和扩散作用。在大气中,氦3会随着大气的流动而分布到全球各地。在这个过程中,一些氦3会因为大气的扩散作用而逐渐散逸到宇宙空间中。

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地球“漏气”有啥影响?

如果仅仅把氦3从地球内部向外部释放看作一个单一的过程,久而久之,地球大气层的氦3含量肯定会越来越高,对地球会产生下面几个方面的影响:

一是地壳稳定性:过量氦3的迁移,可能会影响地壳的稳定性。由于氦3具有较高的扩散性,它可能会改变地壳板块间的压力分布,从而影响地震和火山活动的频率和强度。

二是气候变化:随着地球内部氦3的释放,可能会改变大气中的成分,从而影响全球气候。例如,过量的氦3可能会增强大气的透明度,导致全球温度上升。

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三是生物圈:随着氦3在地球表面的浓度增加,可能会对生物圈产生影响。虽然目前还没有确凿的证据表明氦3对生物体有直接的影响,但随着浓度的增加,它可能会影响生物体的生理功能和生态系统的平衡。例如,一些生物可能会受到压力、温度或大气组成变化的影响,从而影响它们的生长和繁殖。

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四是地磁场:过量的氦3可能会影响地磁场的稳定性。由于地磁场对生物圈的保护非常重要(例如防止紫外线辐射),因此氦3的释放可能会对生物圈产生深远的影响。

但是,如果把地球与整个宇宙空间联系起来看,以上的影响就可以忽略不计甚至是根本没有什么影响。

这是因为,地球上氦3的形成、存储和释放是一个动态的过程,既有从内部向外部、从大气层向宇宙空间释放的过程,同样也有从宇宙空间、从太阳风中的氢离子与地球大气中的氮气反应等途径进入到地球大气层,同时还会沉积到海洋深处和土壤深处,从而形成了一种氦3的动态平衡。

 

【相关讯息】为什么地球的氦3这么少?  

地球上的氦-3气体,是一种来自于宇宙大爆炸的珍贵资源,它可以作为理想的核聚变燃料,为人类提供清洁、安全、高效的能源。然而,地球上的氦-3含量极其稀少,无法满足人类的需求。那么,我们能否从其他地方找到更多的氦-3呢?答案就在月球,这个与地球相伴了45亿年的天然卫星,它拥有至少100万吨的氦-3储量,足够人类使用一万年之久!今天将为你揭开地核中的氦-3与地球起源的奥秘,探讨月球上的氦-3资源的开发前景,带你领略这种神奇的能源的魅力。

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氦-3是一种氦元素的同位素,它的原子核由两个质子和一个中子组成,是一种无色无味、化学性质稳定的单原子气体。氦元素在整个元素周期表中排第二位,只有氢元素比它更轻。氦元素的最常见的同位素是氦-4,它的原子核由两个质子和两个中子组成,占地球上所有氦元素的99.99986%。氦-3的含量仅占0.000137%,是一种极其稀有的同位素。

氦-3的生成方式有很多,比如,我们可以利用氚的放射性衰变来获得。不过,氚的半衰期较长,有12年之久,用这种方式产生氦-3的效率很低。其实,宇宙中绝大部分氦-3都来自于138亿年前的宇宙大爆炸,它是宇宙诞生的见证者,也是地球起源的线索。

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地球是在太阳星云向太阳星系转变过程中应运而生的,它不断聚合那些飘浮在星云中的岩石和尘埃,然后挤压成形。在这一发展过程中,地球产生的引力将星云中的气体吸引到地球周围,飘浮在太阳系中的氦-3也顺理成章地被带入到地球内核之中。

地核分为内外核,外核是液态,内核推测是固态,主要是由铁、镍元素组成的高温、高密度的固态物质,其温度可达4000℃至6800℃。地核中的氦-3气体由于密度较小,会不断地向外部泄漏,最终到达地壳或地表。科学家通过对地壳岩石的分析,发现了地核中的氦-3的存在,这就是地球起源学说的有力证明。

此前,有报道称:“科学家发现,有一种宇宙大爆炸后形成的氦-3气体正不断地从地核向外部泄漏。”这一发现引起了科学界的广泛关注,因为氦-3不仅是一种珍贵的资源,更是一种开发潜力巨大的能源。

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核聚变是一种将轻元素的原子核结合成重元素的原子核的过程,同时释放出巨大的能量。核聚变是太阳和恒星发光发热的能源,也是人类梦寐以求的清洁、安全、高效的能源。

目前,人类进行的关于核聚变的研究是建立在以氘和氚为核燃料基础上的,这两种核燃料虽然反应条件苛刻,但是它们在地球上的储量可观,且释放的能量大,受到科学家们的青睐。

美中不足的是,氘和氚聚变过程中会释放出大量中子,这些中子本身不带电荷,无法被磁场所束缚。这些中子带有极高的能量,会直接轰击到内壁材料上,材料表面出现大量缺陷,造成内壁损伤,影响材料的力学性能,带来很严重的安全隐患。因此,科学家们希望能找到一种更安全的核燃料来推进核能源的开发和生产。

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而氦-3恰恰就是这样一种近于完美的核燃料,其聚变反应过程不会向外释放中子,只会释放带正电荷的质子。质子在磁场中可以得到有效的磁约束,因此聚变反应的安全性大大提高,不会产生过多的核废料。氦-3的聚变反应还有一个优点,就是它可以与氘或氦-4进行聚变,而不是只能与氚进行聚变,这样就可以避免使用放射性的氚,减少对环境的污染。氦-3的聚变反应的能量密度也比氘和氚的聚变反应高出一个数量级,这意味着它可以提供更多的能量。只可惜地球上的氦-3含量太少,已探明可供人类开采的储量只有500千克左右,根本无法投入大规模生产。难道人类注定要与这种理想的核燃料擦肩而过吗?

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答案在月球!月球,这个陪伴了地球45亿年的天然卫星,已经被探测到至少拥有100万吨的氦-3储量。以目前的资源消耗水平来推算,这些储量足够人类使用一万年之久!

一直以来,月球对人类都有着巨大的吸引力。从上世纪开始,以美国和苏联为首的各个国家就开始争先恐后地向月球发射探索卫星,特别是美国曾先后多次从月球带回土壤样本进行研究,极大地提高了人类对月球的认识。

2020年,嫦娥5号探测器成功发射,首次完成对月球的自动采样返回工作,带回了1731克月球土壤。通过对这些土壤的研究,我们对如何提取月壤中丰富的氦-3资源有了更多的想法。

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月球上的氦-3主要来自于太阳风,这是一种由太阳表面不断喷射出来的高能粒子流,其中包含了大量的氦-3。由于月球没有大气层和磁场,太阳风可以直接轰击到月球表面,将氦-3等元素沉积在月壤中。经过数十亿年的累积,月球上形成了一层富含氦-3的表层土壤,其厚度约为几米到几十米,分布在月球的正面和背面。

采集月球上的氦-3资源,需要先将月壤进行加热处理,使其温度达到600℃以上,这样氦-3等气体就会从月壤中释放出来,然后通过真空泵将其抽取出来,再进行分离和纯化,最后得到高纯度的氦-3气体。这个过程需要消耗大量的能源,而且还要面临月球表面的恶劣环境,比如低温、高辐射、微重力、尘埃等,因此,采集月球氦-3的技术难度和成本都很高。

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目前,还没有任何一个国家或组织实现了从月球采集氦-3的计划,但是有些国家已经开始了相关的研究和探索,比如中国、美国、俄罗斯、印度等。其中,中国的嫦娥工程是最具雄心的一个,它旨在通过多次的月球探测和采样,最终实现人类登月和建立月球基地的目标。如果能够成功地在月球上建立氦-3的开采和运输系统,那么它将引领核聚变能源的革命。

氦-3是一种神奇的能源,它可以为人类带来无限的可能。它不仅可以解决地球上的能源危机,还可以推动人类对月球和其他行星的探索和开发。氦-3是一种来自于宇宙的礼物,它等待着人类去发现和利用。或许就在不远的将来,在月球与地球之间,来来往往的宇宙飞船会向人类输送丰富的氦-3资源,到那时,人类对于宇宙的探索和认识必将迈入一个崭新的阶段。

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