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宇宙中第二常見的元素,卻是地球上的稀缺物,氦氣千金難求?

氦氣氣球是人們在生活中常見的一個東西,它帶來了很多樂趣,但是隨著氦氣在地球上越來越稀少,恐怕氦氣氣球?qū)⒆罱K消失于人們的視線當中。對氦氣氣球的禁止,不僅是出于安全考量,更是出于成本考量。

宇宙中常見的元素

實際上氦不是多么稀少的物質(zhì),但是這個說法要看參照物是什么,如果參照物是地球,那么確實,氦在地球上的確是相對稀有的一種化學元素。而且氦氣的作用很廣泛,無論是太空探索還是量子計算,它都在發(fā)揮著作用。

但是如果參照物是宇宙,那么氦的稀有性就沒有那么強了,在宇宙的尺度來看,氦是很常見的元素。氦被發(fā)現(xiàn)就是在宇宙中,法國天文學家在太陽周圍的氣態(tài)大氣中發(fā)現(xiàn)了它,它最初出現(xiàn)的形式是一條黃色的線。

在排除了鈉等元素后,才確定了它的身份。英國化學家在19世紀末確定了地球上也有著氦的存在,當時的氦是從含鈾礦物藍鈣石的樣本中發(fā)現(xiàn)的,科學家研究了加熱所產(chǎn)生的氣體后,發(fā)現(xiàn)其與太陽上那條黃色的線應該是同一元素,即氦。

宇宙中的氦含量很高,宇宙中氣體超過五分之一都是氦,僅次于氫。氦在恒星中大量存在著,而地球上更多是在放射性礦物、隕鐵和礦泉中能夠發(fā)現(xiàn)少量氦。這種元素在美國尤其多見,得克薩斯州、新墨西哥州和堪薩斯州都有很大的儲量。

氦的生產(chǎn)與使用

近百分之百純度的氦氣可以從天然氣中被分離和提取出來,常見的步驟是低溫或高壓。另外,如果在一塊冷卻到一定低溫的活性炭上吸附其他氣體,也可以獲得超過百分之99純度的氦氣。

還有少部分的氦氣是通過液化空氣提供的,但是被液化的空氣必須很大量?茖W家證實,在室溫的情況下,同時在正常的大氣壓情況下,每1000噸空氣中能夠被提取出來3立方米左右的氦氣。氦氣在人類生活中的用途很多,首先,氦氣是一種惰性氣體。

這種惰性氣體可以被用作焊接鋁等金屬。其次,火箭推進的過程中,也需要氦氣的大量幫助,它可以給燃料箱加壓,尤其是主流的液氫燃料箱,這是因為氦氣在液氫的溫度下仍然能夠保持氣體形態(tài)。再次,氣象學中氦氣可以幫助預測天氣。

對于地理學來說,氦氣也有測量的作用,當科學家發(fā)現(xiàn)一塊隕石或者巖石,可以通過測量其中的氦含量來推算其年齡。最后,水肺潛水也需要用到氦氣,氦氣在血液中的溶解度很低,可以幫助人在水下停留更長的時間。

氦氣氣球為什么被禁用?

氦氣氣球被禁用主要是兩方面的原因,一方面是因為它有一定的安全隱患,另一方面則是因為其在地球上的稀缺性決定了其的珍稀性,成本很高,而且一些擁有大量氦的國家,已經(jīng)對氦氣進行了壟斷,攪亂了市場的正常交易秩序。

氦氣確實不易燃,但是這種氣球如果遭遇較冷的天氣,或者遭遇對流空氣就會在空中出現(xiàn)停滯的情況,無法飛向更高更遠的地方,反而是在低空四處飄蕩,這大大增加了空中交通的危險發(fā)生幾率,而且它們還會大量地飛到水中或者高速公路上。

另外,就像元素周期表上它的直接前身氫一樣,氦是重量很輕的一種元素。但兩者不同的是,氦很不容易與其他元素結(jié)合。因此,一旦氦氣到達地表,它就很容易擺脫地球的引力去往太空。它和石油天然氣也不一樣,氦可以真正意義上做到從地球上物理消失。

另一方面就是氦氣的成本問題了。氣態(tài)氦被用于制造傳統(tǒng)電子產(chǎn)品,并且被SpaceX等科技尖端公司用于制造火箭,即使如此,氦氣最大的問題就是供不應求,可謂是一氦難求。世界上的氦氣供應集中在少數(shù)幾個國家。

這幾個國家就是美國、阿爾及利亞和卡塔爾,如此稀少的產(chǎn)地意味著如果這三個國家中哪一個國家的供應出現(xiàn)了問題,氦氣的價格就會水漲船高一路飆升,而需要氦氣的公司只能買單。其實看看化石燃料在全球市場中的壟斷地位,就不難理解氦氣的成本問題了。

氦氣價格的持續(xù)波動迫使研究人員重新考慮他們該如何使用這種氣體,事實上,由于價格太高的原因,一些超導磁體的研究只能暫停。除非氦氣的價格波動能夠得到控制,否則各個重要領域的研究將被縮減甚至放棄。

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