Има обширна мрежа от хелиеви растения и тръбопроводи, разположени над мястото, където Съединените щати разполагат с естествено богат склад на хелий, но ако не го запазим, ще са необходими стотици милиони години за попълването им. Кредитна снимка: Бюро за управление на земите.

Светът губи нашия незаменим хелий и никой не го интересува

Не е късно да промените курса, но се отправяме в грешна посока по-бързо от всякога.

„О, красиво за смокистото небе, инсектицидирано зърно, За горнището на планинското величие над асфалтовата равнина. Америка, Америка, човек хвърля отпадъците си върху теб, и скрива боровете с табели за табели, от море до море. “ -Геордж Карлин

Когато на Земята е открит хелий, неговите уникални свойства веднага се поддават на научна употреба. Като по-лек от въздуха газ, той може да се използва за плаваемост или дори левитация. Тъй като е нереактивен и инертен, той може да се използва при високи температури и в богата на кислород среда без риск от експлозия. Скоростта на звука е почти три пъти по-голяма в хелия, отколкото във въздуха, което води до акустични приложения. И при атмосферно налягане, но при ниски температури, той се втечнява, но никога не се втвърдява, което го прави най-добрата охлаждаща течност за ускорители на частици, MRI машини и свръхпроводници. И все пак хелият е изключително ограничен в изобилие на земната повърхност и ние не полагаме никакви усилия да го запазим. Ние го прахосваме на балони и партита за рожден ден, а Националният резерв за хелий е поръчан да се продаде. Ако не направим нещо по различен начин, рискуваме да изтощим световните доставки.

Модерен високо полев клиничен ЯМР скенер, който постига магнитни полета от 3 Tesla. Силата на полето може да се постигне само със свръхпроводящи магнити, които налагат използването на течен хелий. ЯМР апаратите са най-голямата медицинска или научна употреба на хелий днес. Кредитно изображение: потребител на Wikimedia Commons KasugaHuang.

Хелият може да е вторият най-изобилен елемент във Вселената, но това е доста рядкост на Земята. Вторият най-лек елемент в периодичната таблица, той е кръстен на Хелиос, древногръцкия бог на слънцето, тъй като е открит на Слънцето спектроскопично, преди изобщо да бъде намерен на Земята. Едва през 1882 г., когато същата уникална спектрална линия се вижда в лавата, изтичаща от изригване на връх Везувий. Той е изолиран няколко години по-късно чрез химическа обработка на магматични скали, които отделят благородните газове от атомите, с които са свързани.

Съоръжение за извличане на хелий в Амарило, Тексас. Всеки хелий, който напуска растението, изплува на върха на атмосферата, където е вероятно да взаимодейства със слънчевата светлина и да се навие в междупланетното пространство. Кредитна снимка: Дженифър Тутоп, BLM New Mexico Intern.

Но хелият е твърде лек, за да съществува на Земята дълго. След като достигне повърхността в газообразната си фаза - след като излезе от скалата и я вкара в атмосферата - е само въпрос на време, преди да бъде изхвърлен в междупланетното пространство. Хелият е по-лек от всички останали газове в земната атмосфера и с течение на времето се издига до самия връх на екзосферата: границата между най-жизнените атоми на Земята и самия вакуум на пространството. При тези големи височини, силен удар от слънчева светлина или частица от слънчевия вятър е достатъчен, за да задвижва хелиев атом, минаващ скоростта му на бягство и извън Земята завинаги. Всяко голямо количество хелий, с което се е образувала Земята, е изхвърлено отдавна от нашата планета, където настоящата хелиева фракция от нашата атмосфера е оскъдни 0,00052%.

Уникалните елементарни свойства на хелий, като неговата течна природа при изключително ниски температури и свръхфлуидни свойства, му придават уникални научни приложения. Кредитна снимка: Алфред Лайтнер.

Начинът, по който образувате хелий на Земята, по ирония на съдбата е дълбоко в планетата, където пребивават най-тежките елементи. Докато по-голямата част от това, което съставя Земята, е стабилна - елементи като желязо, никел, силиций, кислород, сяра, олово и други - има няколко забележителни изключения. Елементи като радий, торий и уран, макар че могат да съставят по-малко от 1% от Земята, имат най-голямото уравнение на Айнщайн, закодирано в техните ядра: E = mc2. Тези елементи са нестабилни, те се разлагат радиоактивно и когато го направят, те преобразуват малка част от масата си в енергия чрез точно това правило, E = mc2.

Тъй като най-тежките елементи претърпят алфа-разпад, излъчвайки ядро ​​хелий-4, общата система има по-голяма обща енергия на свързване, което означава, че тези разлагания освобождават енергия според Ейнщайн Е = mc². Кредитна снимка: Wikimedia Commons потребител Fastfission.

Тези гореспоменати елементи се разпадат чрез процес, известен като α-разпад, при който тежкото ядро ​​излъчва два протона и два неутрона, свързани заедно, често участващи във верига на разпад, при която много α-разпадания се случват подред. Интересното е, че конфигурацията (α-частица) от два протона и два неутрона, свързани заедно, също е хелиево ядро! Ако погледнете планетата като цяло, приблизително 50% от топлината, генерирана от самата Земя, идва от гравитационното свиване, докато останалите 50% се получават от радиоактивно разпад. Дълбоко в рамките на Земята, разпадът на тези тежки елементи означава, че цялата ни планета е много бавна фабрика на хелий.

Алфа-разпад е процес, при който по-тежко атомно ядро ​​излъчва алфа частица (хелиево ядро), което води до по-стабилна конфигурация и освобождаване на енергия. Кредитно изображение: Лаборатория за ядрена физика, Кипърски университет.

Но тези елементи обикновено имат полуживот на милиарди години. По времевия период на човешкия живот хелият, произведен от радиоактивни разложения, е напълно незначителен. Необходими са стотици милиони години за производството на всякакви значителни количества хелий под земята. След като го извлечем, трябва отново да чакаме стотици милиони години тези магазини да се попълнят. Последните техники за проучване разкриха няколко нови магазина с природен хелий, като доставките, открити в Танзания миналата година, могат да помогнат за поддържането на статуквото за малко по-дълго, но ние вече усещаме кризата.

Учени, изучаващи пепелта от скорошно изригване на вулкана Ol Doinyo Lengai в Танзания. Кредит за изображение: Public Domain.

Тъй като се появяват все повече медицински и научни приложения за хелий, последиците от липсата на достатъчно голямо количество стават разрушителни. Хелият е ограничен ресурс на Земята и колкото по-дълго време ни е необходимо да започнем сериозно да съхраняваме запасите от него на Земята, толкова по-сигурно и тежко се обричаме на бъдещ недостиг. Със сигурност има и други варианти за прибиране на реколтата, но всички те са астрономически скъпи. Екстрахирането на хелий от атмосферата е възможно - както го открадваме от други светове - но ние получаваме еднократна снимка на Земята, за да копаем на точното място и след това да я задържаме. Всеки атом, който загубим поради лекомислието, е друг атом, който някой ден ще бъдем принудени да събираме по много по-труден начин.

Балони с хелий, където по-голямата част от хелия вътре ще избяга от Земята. Кредитно изображение: HilkeFromm / Pixabay.

Хелият може да е в изобилие във Вселената, но е рядък и скъпоценен в смисъл, че този свят ни дава само еднократна снимка от лесно събрани, достъпни и изобилни магазини от него. След като го прахосваме, той заминава завинаги, което прави всеки достъпен магазин за хелий много по-ценен.

Starts With A Bang вече е на Forbes и е публикуван отново на Medium благодарение на нашите привърженици на Patreon. Итън е автор на две книги, „Отвъд галактиката“ и „Трекнология: Науката за звездното пътуване от трикрилите до Warp Drive!