地球的氦气快被人类用枯竭了!但它是地球唯一真正不可再生资源

  发布时间:2024-06-14 21:07:28   作者:玩站小弟   我要评论
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氦气是地球的氦但地为数不多比空气轻的气体,更重要的气快球是它还相当稳定,无色无味无害,被人所以用它来吹自动漂浮的类用气球是非常不错的选择。

事实也是枯竭如此,过去的真正再生资源十来年,氦气取代易燃的地球的氦但地氢气成为最受欢迎的吹气球气体,但是气快球这两年气球真的有点配不上氦气了。

现在氦气经常被称为 “气体稀土”或者“黄金气体”,被人价格更是类用一路高歌猛进,2023年更是枯竭一度达到了2700元/瓶(这里“瓶”的标准是压强在13MPa-14MPa之间,容量为40升)。真正再生资源



图:气球和人的地球的氦但地比例,10寸的气快球差不多是倒数第二个那么大

“2700元/瓶”是氦气价格历史高点,如果用这样一瓶氦气来吹10寸的被人小气球的话,差不多只能吹600多个(网上查询的数据),核算下来每个气球的成本还是很高的。

我们平时在街边或者商场门口看到卖氦气球的,有时候一个漂浮的大气球可能只要5元钱,那它估计不会是氦气充打的。

当然,如果氦气只是用于吹气球,那么它远不至于这么昂贵,实际上氦气经常被认为是地球上唯一真正的不可再生自然资源,用一点就少一点,而且它还有着相当广泛的用途。

那么,有趣的问题是,氦气到底有什么用,为什么它是不可再生的?



地球的氦气来自哪里?

氦在元素周期表中排在第二位,其实它也是宇宙中第二丰富的元素,仅次于氢,但是在地球上氦确实非常稀有。

这是因为氦的化合价为零,在所有正常条件下都不发生化学反应,它通常只会以氦气(He),以及它的同位素气体形式存在。

同时由于它很轻,所以一旦它以气体形式出现在地球表面,它就会很容易逃逸到太空中,而不是保留在地球。

经过数亿年的逃逸,地球上的氦已经所剩无几了,不过目前大气中氦气的浓度依然能维持在百万分之 5.2前后。

这是因为地球的岩石圈会持续不断地产生氦气来补寄它的逃逸损失,我们前面提到过,氦通常不会发生化学反应,那么它到底是怎么产生的呢?



其实,地球上的大多数氦气是放射性衰变的产物,主要就是铀和钍的衰变,两者每年差不多会生产3000吨氦气。

这也是目前氦气的唯一生产方式,我们无法通过化学反应来人工生产氦气,而且一旦氦气进入大气它就逃逸——地球真正失去这些元素,这可能就是为什么它被认为是唯一真正不可再生资源的原因。

自然衰变形成的氦气中,绝大部分都会进入大气层,维持氦气浓度的同时不断流失,但也有一部分被岩石圈锁住。

那些被锁住的氦气通常混合在天然气中,最终被人开发并分离出来。

2021 年的估算,世界氦气储量仅为310亿立方米(500多万吨)左右,算是非常稀有的资源,而且分布也相当不均匀,有三分之一都在卡塔尔。



© shutterstock/Anamaria Mejia

氦气有什么用?

吹气球其实是应用了氦气的低密度和惰性,但氦气其实还有许多非常优秀的特性,它有着极低的溶解度和较高的导热性。

这些特性让它可以在许多领域得到应用,比如焊接,加压和吹扫等都很喜欢用到氦气。

但是,真正让氦气成为“黄金气体”的原因是它的低沸点,液氦的临界温度和沸点分别为5.20K和4.125K,接近绝对零度,是所有物质中最低的。

这让液氦广泛应用于低温学,以及超导体的冷却。



图:液氦

不过它极难液化,1898年英国物理学家杜瓦液化了氢气之后(温度达到零下253℃),所有气体要么已经液化,要么直接固化,只有氦气依然是气态形式,直到10年后科学家才成功液化了氦气。

一些物质在低温下电阻会突然消失,这种现象被称为超导,超导顾名思义就是零电阻,它的另外一个特性是完全抗磁性,这两个特性让超导体在许多领域得到应用。



图:磁共振成像

有一些物质在液氮的温度下就会出现超导现象,但是有一些物质需要更低的温度,它们就需要用液氦,而且无法替代,比如磁共振成像仪器和欧洲大型强子对撞机应用的超导材料都是由液氦冷却的。

一台医用的磁共振成像仪器,它差不多需要2000 升液氦来保持磁体足够冷却以进行操作,虽然很多液氦会被重新利用,但是它依然会消耗掉一部分,大约每天要消耗掉总容量的1%-2%之间。



图:2023年氦气的产量和生产地区

据彭博社报道,欧洲大型强子对撞机每周差不多要消耗掉 120 吨氦气,而2023年全球氦气的总产量只有1.7亿立方米(氦气的密度是0.165kg/m³),这么算下来23%的氦气产量都被它用掉了。

其实,早在2014年,冷却领域就已经用掉了32%的氦气产能,而近几年随着超导体应用变得更加广泛,这个比例一直在提升,以至于其它领域不得不抛弃氦气,换成别的气体。

最后

由于氦气在工业上的应用,把它比作“稀土”一点都不为过,但与真正的稀土元素不同的是,中国的氦气资源非常匮乏(中国是主要的真稀土产国)。

近几年,中国每年消耗2000万立方米以上的氦气,其中85%是进口的,随着半导体和超导体应用的继续增加,预计中国接下去氦气的需求每年还会增加5.8%。

不过,氦气的开采不像石油那样,随着开采技术的发展,石油的供应量到目前为止都能跟得上需求量,甚至可以远超需求量,而氦气只会越来越稀有。

这两年游乐场氦气球断货的新闻层出不穷,但估计再过两年,将不会再有氦气球存在。

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