Z jądra Ziemi wycieka niezwykle rzadki i niezwykle cenny pierwiastek – hel-3. „To geologiczny cud natury”

W tym artykule:

1. Gdzie na Ziemi jest najwięcej helu-3?
2. Ile helu-3 traci rocznie Ziemia?
3. Kiedy Ziemia utraciła zasoby helu-3?
4. Ile helu-3 pozostało na Ziemi?

Jeden neutron robi różnicę. Hel najczęściej ma w jądrze dwa protony i dwa neutrony. Taka postać tego pierwiastka stanowi 99,999 proc. ziemskiego helu. Pozostałe 0,001 proc. przypada na hel-3. To izotop helu, którego jądro składa się z dwóch protonów i tylko jednego neutronu.

Hel-3 jest nie tylko niezwykle rzadki, ale i niezwykle cenny. Typowany jest na superwydajne, ekologiczne paliwo, które w przyszłości mogłoby zasilać elektrownie termojądrowe. Według szacunków, jakie można znaleźć na stronie AGH, tylko 500 kg helu-3 wystarczyłoby, by przez rok zasilać miasto wielkości Berlina (czyli mające ponad 3,5 mln mieszkańców). Co istotne, w reakcji termojądrowej z użyciem helu-3 nie powstawałyby odpady promieniotwórcze.

Gdzie na Ziemi jest najwięcej helu-3?

Problem polega na tym, że na Ziemi helu-3 jest bardzo niewiele. Stany Zjednoczone są w stanie pozyskiwać zaledwie kilkadziesiąt kilogramów tego pierwiastka rocznie. To powoduje, że ogromne zainteresowanie budzą księżycowe zasoby helu-3. Na Księżycu ma być go 100 mln razy więcej niż w złożach na Ziemi.

Czy fuzja jądrowa jest na wyciągnięcie ręki?

Wynik przeprowadzonego w ubiegłym miesiącu eksperymentu, który odbył się w Narodowym Instytucie Zapłonu (NIF) w Kalifornii w USA, daje duże nadzieje na osiągnięcie skutecznego zapłonu fuz...

W przypadku Księżyca istotne jest też to, że hel-3 znajduje się w regolicie, czyli na powierzchni satelity. Jeśli chodzi o naszą planetę, główne zasoby tego pierwiastka miały znajdować się w jej skorupie (skąd przez miliony lat uciekał do atmosfery) oraz w płaszczu.

Jednak przeczą temu nowe badania Petera Olsona z Uniwersytetu Nowego Meksyku. Jego praca na temat helu-3 została opublikowana w czasopiśmie naukowym „Geochemisty, Geophysics, Geosystems”.

Ile helu-3 traci rocznie Ziemia?

Każdego roku z wnętrza naszej planetu uwalnia się ok. 2 kg helu-3. Dzieje się to w miejscach, gdzie spotykają się płyty tektoniczne. – To cud natury i istotna wskazówka dotycząca historii naszej planety – mówi Olson.

Rewolucyjny pomysł na pozyskiwanie energii geotermalnej: wwiercić się w ziemię na rekordową głębokość 20 km

Założona zaledwie dwa lata temu firma Quaise, w skład której wchodzą naukowcy z MIT, chce pobić rekord świata w podróży do wnętrza Ziemi. To podobno najkrótsza droga do wykorzystywania e...

Dotychczas naukowcy nie wiedzieli, skąd pochodził ten pierwiastek i jak duże są jego zasoby zmagazynowane wewnątrz Ziemi. By to wyjaśnić, Olson opracował model, uwzględniający wczesne etapy formowania się naszej planety oraz powstanie Księżyca.

Kiedy Ziemia utraciła zasoby helu-3?

Hel-3 to bardzo „stary” pierwiastek. Powstał zaraz po Wielkim Wybuchu, kilkanaście miliardów lat temu. Mgławica słoneczna, czyli wirujący obłok pyłu i gazu, z którego uformował się Układ Słoneczny, zawierała ogromne jego ilości.

W środku Ziemi znajdują się dwie zagadkowe struktury gigantycznych wielkości. Jedna z nich zmienia kształt!

Nasza planeta kryje wiele zagadek. Dwie z nich znajdują się dosłownie pod naszymi stopami. To nieznane struktury, które stanowią część płaszcza Ziemi. Nie wiadomo, jak powstały ani czym s...

Z modelu Olsona wynika, że młoda Ziemia też była bardzo bogata w hel-3. Utraciła jednak jego większość w czasie katastrofy, w wyniku której powstał Księżyc. Ok. 4 mld lat temu w Ziemię uderzyło potężne ciało niebieskie – wielkości jednej trzeciej naszej planety. W rezultacie tego zderzenia płaszcz Ziemi został zniszczony, a hel-3 zmagazynowany wewnątrz ulotnił się.

Ile helu-3 pozostało na Ziemi?

Z modelu Olsona wynika, że najwięcej helu-3 znajduje się w jądrze Ziemi. Ile go jest? Od 10 teragramów (10¹³ gramów, czyli 10 megaton) do petagrama (10¹⁵ gramów, czyli jednej gigatony), oszacował badacz. Jeśli te obliczenia są poprawne, wskazywałoby to, że Ziemia uformowała się w samym środku mgławicy słonecznej, gdzie helu-3 było najwięcej.

Podróż do jądra niedoszłej planety. NASA szykuje misję na Psyche – asteroidę zbudowaną z cennych metali

Wystartowała misja NASA mająca zbadać planetoidę Psyche. Ten krążący między Marsem a Jowiszem relikt po formowaniu się Układu Słonecznego jest prawdziwym skarbcem wiedzy i zasobów natur...

Nie jest to jednak pewne. Sam Olson przyznaje, że jego symulacja opiera się na wielu założeniach. Jednym z nich jest na przykład hipoteza, że hel-3 stał się częścią mieszaniny metali, z których składa się ziemskie jądro. Inną – że część tego pierwiastka przedostaje się z jądra do płaszcza. To wszystko sprawia, że szacunki dotyczące ilości helu-3 w jądrze obarczone są sporym ryzykiem błędu.

– Nadal jest tu więcej zagadek niż pewników – podsumowuje swój model Peter Olson.

Źródła: Geochemisty, Geophysics, Geosystems; Advancing Earth and Space Science; AGH.