科學家發現，一種古老且珍貴的氣體，正從地球内部不斷地釋放出來
現代人類上得了天，也下得了海，甚至在遙遠的火星上，也有人類的探測器在四處活動，然而對于地球内部到底是什麼情況，人類卻了解得很少，所以科學家一直在試圖通過各種方法去窺探隐藏在地球内部的秘密。
近日，一項來自新墨西哥大學的研究表明，科學家發現，一種古老且珍貴的氣體，正從地球内部不斷地釋放出來。
根據介紹，這種氣體是由氦-3構成的一種單原子氣體，它們之所以珍貴，主要有兩方面的原因，一個原因是氦-3在地球上極為罕見，要知道氦隻有氦-3和氦-4這兩種穩定同位素，而根據此前的研究，在地球上所有的氦中，氦-3所占的比例僅為0.000137%，地球上的氦本來就少之又少，氦-3的稀有程度可想而知。
（注：氦-3的原子核包含一個中子和兩個質子，而氦-4的原子核則比氦-3多了一個中子）
另一個原因則是，氦-3在核聚變反應過程中釋放出的能量非常可觀，并且絕對不會釋放中子，因此氦-3被認為是非常理想的核聚變燃料。
科學家發現，這些氦-3來自于地球内部，它們不斷地從海洋底部的“洋中脊”釋放出來，估計每年會有大約2000克氦-3從地球内部逃逸，看上去這個數值似乎不值一提，但以氦-3的稀有程度來看，這其實是相當可觀的。
在地球上，氦-3的來源隻要有兩種，第一種是地球誕生之初就自帶的。
第二種則與宇宙射線有關，具體來講就是：宇宙射線中的快中子會與地球大氣層中的氮-14原子核發生反應，并生成碳-12和氚，而氚是氫的一種放射性同位素，會發生β衰變，其半衰期大約為12.43年，氚的原子核包含二個中子和一個質子，在發生衰變之後，其中的一個中子會轉變成質子，其原子序數加1，從而衰變成氦-3。
由于第二種來源的氦-3數量極少，并且隻存在于地球外層，也就意味着，從地球内部釋放出來的氦-3隻可能是地球誕生之初所自帶的，可以說是非常古老了。
我們知道，地球的内部結構大緻可分為地殼、地幔和地核，其中地幔和地核都可以算是“地球内部”，為了搞清楚這些古老且珍貴的氣體到底有多少來自于地幔，有多少來自地核，科學家以目前的主流觀點進行了建模研究。
根據科學界的主流觀點，太陽系形成于一片巨大的原始星雲，這被稱為“太陽星雲”，在大約46億年前，這片星雲發生了引力坍縮，随着坍縮過程的持續，星雲中的物質不斷地聚集，密度也越來越高，最終在其中心物質最密集的區域形成了太陽，而星雲的殘留物質則逐漸形成了太陽系中的其他天體，其中就包括地球，也就是說，地球内部的氦-3，其實就來自于“太陽星雲”。
地球形成于大約45.5億年前，在它形成之後不久（大約45億年前），一顆與現在的火星差不多大的行星撞上了地球，此次撞擊的結果是，這顆行星被撞得粉身碎骨，其緻密的核心則融入了地球，另一方面，猛烈的撞擊抛出了大量的物質，這些物質一邊圍繞地球運行，一邊互相吸積，并最終形成了月球。
建模研究的結果表明，在上述的撞擊過程中，地球地幔中的氦-3基本上會流失殆盡，隻有地核中的氦-3才可以大量保存下來，在接下來的時間裡，地核就一直在緩慢地釋放出氦-3，并一直持續到現在。
科學家表示，如果該模型是正确的，那麼現在的地核中就仍然保存着大量的氦-3，其最小數量級為10^12（克），最大數量級則為10^15（克），而它們的來源，還可以追溯到更加遙遠的過去——宇宙誕生之初。
根據大爆炸宇宙論，宇宙誕生之初有一個“原初核合成”，其時間範圍在“宇宙大爆炸”發生後10秒鐘至35分鐘之間，在這段時間裡，宇宙中生成了大量的氦元素，其中就有占比極少的氦-3，而“太陽星雲”中的絕大部分氦-3，就是來自于此。
來自宇宙誕生之初的一種古老且珍貴的氣體，現在正從地球内部不斷地釋放出來，不得不說，這實在是一件很奇妙的事情，期待在進一步的研究工作中，科學家能夠揭開隐藏在地球深處的更多秘密。
參考資料：
Peter L. Olson and Zachary D. Sharp, Primordial Helium-3 Exchange Between Earth’s Core and Mantle,28 March 2022, Geochemistry Geophysics Geosystems.
好了，今天我們就先講到這裡，歡迎大家關注我們，我們下次再見。
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