地球的半徑大約有6371公里,而我們人類在地球上鑽得最深的位置,其深度也就是12公里多一點,如果將地球比作一個雞蛋的話,那我們甚至連它的蛋殼都沒有鑽穿,所以對於地球深處的情況,我們目前知道的並不多,不過在科學家的努力下,地球深處的秘密也在一點一點地被發現。
比如說科學家就發現:有一種古老且珍貴的氣體,正從地球深處不斷地釋放出來。這種氣體其實就是由氦-3構成的單原子氣體,簡單來講,氦-3是一種氦同位素,其原子核由兩個質子和一個中子組成,是一種穩定的同位素,在可控核聚變的研究領域,氦-3被譽為「完美的核聚變原料」,因為它們的核聚變不但釋放的能量很大,而且還不會產生中子輻射。
由於氦很輕,並且還是一種惰性元素,幾乎不可能與其它的元素形成更重的化合物,而地球的引力又不能對氦氣形成有效的束縛,因此地球上的氦其實是非常少的,在此基礎上,再加上地球上的氦絕大部分都是氦-4,而氦-3在其中所占的比例僅為0.000137%,所以氦-3就顯得極為珍貴。
早在2022年3月的時候,一個來自新墨西哥大學的研究團隊就發現,地球海洋底部的「洋中脊」會釋放出氦-3氣體,科學家認為,這些氦-3應該是來自於地球深處。
在我們地球上,氦-3是可以自然形成的,其主要生成途徑就是宇宙射線的轟擊,例如宇宙射線中的快中子轟擊大氣層中的氮-14原子核的時候,就有可能生成碳-12和氚,而氚是一種不穩定的放射性同位素,其半衰期只有大約12.43年,它們的原子核由兩個中子和一個質子構成,在發生β衰變之後,氚就會轉變成氦-3。
顯而易見的是,在地球深處是沒有這樣的途徑的,那麼,這些地球深處釋放出來的氦-3是從何而來呢?科學家給出答案就是:它們其實是地球形成之初就「自帶」的。
根據科學界的主流觀點,我們的太陽系其實是形成於一片巨大的原始星雲發生的引力坍縮,在此過程中,太陽首先在星雲中心形成,在此之後,這片原始星雲的殘餘物質則一邊圍繞太陽旋轉,一邊相互碰撞和吸積,並最終形成了太陽系中的各種天體,其中就包括了地球。
需要知道的是,這片原始星雲中其實是有一部分氦-3的,它們中的大部分都是來自宇宙的誕生之初的「原初核合成期」,其時間段大約是「宇宙大爆炸」發生後的10秒至35分鐘,在此期間,宇宙中生成了大量的氦元素,其中就含有一部分氦-3,除此之外,還有一少部分是來自那些古老恆星的核聚變反應。
所以在地球的形成之初,其氦-3的含量是遠超現在的,但由於地球的形成是一個物質不斷碰撞和吸積的過程,在此過程中,大量的動能會轉化成熱量,所以地球在形成之初,其實是一顆熾熱的熔融態星球,在這種情況下,原始地球上的氦-3會大量地流失。
而根據科學家的推測,在大約45億年前,地球還曾經遭到過一顆與火星差不多大的行星撞擊,撞擊過程產生的高溫,又會進一步加劇了氦-3的流失,計算機模擬的結果顯示,在此次撞擊之後不久,地球的地殼和地幔中的氦-3就已經流失殆盡,只有地核中還存在著少量的氦-3。
由此可見,這些從地球深處不斷地釋放出來氦-3氣體,其實就是來自地核,它們是非常古老的,其存在時間至少已經有46億年,其中的一部分甚至還可能形成於宇宙誕生之初。
科學家認為,氦-3在地核和地幔之間的遷移主要是通過與氧化鎂發生「溶出作用」來實現的,在被轉移到地幔之後,這些氦-3又會隨著地幔物質的運動逐漸上移到地球表面,並最終以氣體的形式被緩慢地釋放出來。
值得注意的是,根據近日發表在《自然》雜誌上的一項新研究,一個來自愛丁堡大學的研究團隊,在加拿大巴芬島(Baffin Island)上的火山岩中,檢測到濃度異常高的氦-3,研究人員指出,這些火山岩是由從地球深處湧出的岩漿形成,而其中的「濃度異常高的氦-3」,無疑為上述的觀點提供了又一個有力的支撐。
看到這裡可能有人會問了,既然這些古老且珍貴的氣體,正從地球深處不斷地釋放出來,那我們能不能將它們利用起來呢?很遺憾,答案是否定的。
因為這些氦-3的釋放量實在是太少了,根據科學家的估算,平均每一年,其釋放量只有2千克,並且還是極為分散的,所以我們根本就無法對其收集利用,可以預見的是,這些氦-3在被釋放出來之後不久,就會從逃逸到外太空去,畢竟地球的引力不能對它們形成有效的束縛。
順便講一下,太陽的核聚變也會產生氦-3,在它釋放出的「太陽風」里,其實就包含了微量的氦-3,但由於地球磁場的阻擋,「太陽風」里的氦-3是無法抵達地球表面的。
不過月球卻在很久之前就失去了磁場,在過去的近40億年時間裡,「太陽風」都能夠長驅直入,並將其中的一部分氦-3留在月球表面,在日積月累之下,月球上就積累了大量的氦-3,其總量至少有上百萬噸之多,所以我們人類在未來想要大量地獲取氦-3,有一個不錯的選擇就是:到月球上去。