這兩種元素在地球上極為稀缺,但在其他天體上到處都是

2020-12-22 魅力科學君

在地球上很稀有,而在宇宙其他天體中卻很常見的元素中,排名第一的是氦(He)。氦在元素周期表中排名第二,在常溫下是一種無色無味的惰性氣體。氦氣的密度只有大氣層中空氣密度的七分之一,地球的引力不能有效的束縛住它,因此大氣層中的氦氣很容易逃逸到太空中去,這造成了地球的大氣層中氦的含量非常稀少,僅為百萬分之五點二。因為氦的化學性質很不活潑,一般不會和其他元素發生反應,所以在地球表面上找不到天然的氦氣礦。

目前地球上氦主要是由地表下的放射性元素如鈾、釷等衰變產生的,這些放射性元素在衰變過程中會發射出含有氦的粒子,通常情況下,這些氦會慢慢散逸大氣層中,並最終逃逸到太空。但如果在它的附近有恰好天然氣存在的話,這些氦就會被天然氣捕獲,根據研究天然氣對氦的捕獲能力很高,氦在天然氣中的濃度最高可以達到7%。我們現在所用的氦氣,大多數都來自於這種伴生於鈾礦的天然氣,這種高氦的天然氣在地球上並不常見,根據目前探明的情況,其主要分布於美國,而我國的氦氣80%都是依賴進口。

氦氣因為比空氣輕又不容易產生化學反應,在以前主要用做填充飛艇和氣球、製作霓虹燈、防腐等用途。隨著科技的發展,在原子反應堆、雷射器、超流體、氬氦刀等等高科技領域以及傳統工業上,人們發現氦氣都有著重要的用途,因此氦資源越來越受到各國的重視。近年來有傳聞說做為一種地球上不可再生的資源,地球上的氦將在30年內耗盡,美國已經在考慮將氦列為戰略資源並限制其出口。這也導致最近的氦氣價格節節攀升,可以預見的是在不遠的將來,氦氣會越來越稀缺,其價值也會水漲船高。

雖然氦在地球上非常稀缺,但它卻在宇宙空間的其他天體中廣泛存在,根據科學家的研究,在整個可觀測宇宙中,氦佔了宇宙總質量的23%,其主要存在於恆星和大型氣態行星中,一些老年恆星中的氦含量甚至高達40%。在我們太陽系,木星的大氣層18%都是氦,而太陽的氦含量則為24.85%,由此可見氦在宇宙中的廣泛存在。

排名第二的是氖(Ne),氖在元素周期表中排名第十,在常溫下氖也是無色無味的惰性氣體。氖氣的密度比氦氣要大,大約是空氣密度的三分之二,因此在大氣層中氖的含量要多一些,為百萬分之十八。氖氣主要用來製作霓虹燈、螢光屏等設備,近年來也用被用於高能物理的研究,總的來說應用前景沒有氦氣好。但是因為目前氖氣的主要來源是從液化空氣中分餾,其成本比較高而產量較少,所以在現階段氖氣的價格比氦氣還要貴。氖元素是從恆星的核聚變作用中產生,因此在宇宙空間中氖是很常見的,它在宇宙總質量的佔比中僅次於氫、氦、氧和碳,是宇宙第五多的元素。

雖然以上兩種元素地球上很稀少,但是地球上其它重元素,如金、銀、銅、鉑、銥、鉛等,在相對於宇宙的大尺度上講其含量是很多的,因為宇宙空間中的恆星和氣態行星等大型天體基本上都是由氫、氦之類的輕元素組成,而重元素大多都集中在巖質行星。因此我們也不必抱怨宇宙厚此薄彼,好好珍惜當下的地球吧!

相關焦點

  • 有哪些地球上很稀有,在宇宙其他天體卻很常見的元素?
    宇宙中最常見的元素是輕元素。重元素基本構成了行星。如果大家了解宇宙的演化史,那肯定可以得知宇宙中氫、氦等輕元素的含量是最高的,基本佔據了宇宙的90%以上的明物質總質量。從宇宙大爆炸開始算起,宇宙一開始基本全是氫、氦這樣的元素,隨後在引力的作用下開始聚集。
  • 地球上的元素都是咋來的?
    地球 如果僅僅從元素的角度來看,地球在宇宙中絕對是異類。為什麼這麼說呢? 在宇宙中,99%以上的元素其實都是氫元素和氦元素,它們是元素周期表最靠前的兩個元素。而地球上的氫元素都是來自於此。
  • 物理學規律在其他天體上也同樣適用嗎?還是只適用於地球?
    從古至今,其實無論是哲學家和科學家都曾經非常詳細地論述過宇宙和地球之間的關係。他們也曾經試圖去解釋宇宙的各種現象,以及地球上的各種現象。古希臘時期關於這個這部分的討論尤其多。今天,我們就來聊一聊這個問題。天界完美不變?
  • 宇宙中有地球上不存在的物質和元素嗎?
    在不同於地球環境的其他天體上,就會出現不同的物質,地球並非包含了宇宙萬物。宇宙中的常規物質都是由各種元素組成,各種元素在不同的環境中可以合成出成多樣的物質。不要說宇宙的其他地方,在人類的實驗中也能合成出地球上不存在的物質,例如,各種高分子化合物,各種合成藥物。
  • 太陽一直依靠什么元素在燃燒,地球上的重元素又是怎麼來的?
    本文基於回答網友一個這樣的問題:太陽目前氫核聚變是氦碳氧穩定燃燒地球上的鐵鎳重元素哪裡來的?可以說,這是一個毫無邏輯亂七八糟的問題,但既然邀請回答,就從中挑出幾個稍顯合理的問題說明一下。太陽核心每時每刻都在發生著氫核聚變,但並非是「氦碳氧穩定燃燒」。
  • 為何其他靠近地球的小型天體不會被認為是...
    短暫的「魅力」引來小型天體2006年9月,科學家發現了已知的第一顆「迷你月亮」2006 RH120,這是一顆直徑大約5米的近地小行星,通常都是圍繞太陽公轉,但大約每20年左右會接近地月系統一次。今年2月,美國亞利桑那大學月球和行星實驗室的卡特琳娜等人發現了第二個「迷你月亮」,被命名為2020 CD3。
  • 【元素家族】宇宙和地球上的氧
    氧在元素周期表上排行老八,這是一個很吉利的數字,也確實,氧雖然比鋰鈹硼碳氮都要重,在宇宙中卻比它們都要多,是宇宙中豐度排名第三的元素
  • 地球上最稀缺的資源是什麼,資源在某一天是否會「耗盡」
    但這未必是好消息,因為雖然資源不會枯竭,但在不久的將來出現的原材料供應情況令人深感憂慮。任何資源都不會「耗盡」科學家對資源枯竭的理解是:第一,幾乎不可能證明一種資源已經枯竭,因為我們不可能對地球的每一寸區域做到了如指掌;第二,當某種資源接近「枯竭」的時候,剩餘資源的價格將迅速飆升,迫使人們轉向其他替代品。
  • 月亮和其他天體的引力會對地球造成什麼影響?
    在宇宙的四大基本力中,只有引力和電磁力能夠在長距離上發生作用,而且這兩種力的傳播速度是相同的。從前,人們認為光速和引力波的傳播速度都是無限大的,可以在瞬時間發生作用。但現在我們已經知道,這些引力波與電磁波的傳播速度雖然快得不可思議,但依舊是有限值——大約每秒三十萬千米。
  • 為什麼宇宙的天體都在轉動?這是一種什麼樣的力量?
    只不過,當我們以某一個物體為參照物,比如我們生活在地球上,以地球為參照物,物體就有了一個相對的運動和靜止狀態。在我們的視野裡,有的物體在運動,有的物體在靜止,這個時候我們自然感受不到地球的運動。古時候的人們看天上的日月星辰,看到太陽和月亮在不停地變換位置,認為那是太陽和月亮在運動,而地球不動。
  • 月球上看太陽和地球的運動,與地球上看太陽和月球的運動一樣嗎?
    天文學是地理學科的一個重要分支,從表面上來看,我們抬頭仰望星空,就能看到各種天體,包括恆星、行星、衛星、彗星等等,似乎天文學離我們很近,很容易理解。但是,在天文學背後則是物理學、數學等基礎學科,天文學是極為抽象難懂的學科。就算是在太陽系範圍內,關於地球、月球以及其他行星的自轉運動和公轉運動,也已經令很多人覺得十分有難度,不容易想像。
  • 這種宇宙中最多的元素,地球上卻沒有多少
    我們所見到的一切物質都可以說是由元素所構成的,目前已知的元素一共有118種之多,而在地球上存在的就有94種。縱觀整個宇宙,最多的一種元素就是氫元素了,這可能會讓人覺得有些意外,因為我們並不常接觸到這種元素,因為它在地球上的數量並不算太多,如果以質量來計算,氫元素大約佔到地球總質量的百分之一左右,不過大多數情況氫元素並不是以氫原子的形式呈現的,而是以某種化合物的形式展現在我們的面前。
  • 地球上生命的基本元素是來自彗星嗎?
    這項工作的標題是「從彗星67P / 楚留莫夫-格拉希門克彗星慧發中檢測塵埃中的固體磷和氟」,該出版物發表在《皇家天文學會月刊》上。生命的原始元素被稱為CHNOPS,代表碳(C)、氫(H)、氮(N)、氧(O)、磷(P)和硫(S)。這六個化學元素的組合構成了地球上絕大多數的生物分子。它們共同構成了地球生命的近98%。
  • 《流浪地球》天體物理知識科普及英國G5物理專業推薦
    紅巨星是恆星燃燒到後期所經歷的一個較短的不穩定階段,根據恆星質量的不同,歷時只有數百萬年不等,這與恆星幾十億年甚至上百億年的穩定期相比是非常短暫的。紅巨星時期的恆星表面溫度相對很低,但極為明亮,因為它們的體積非常巨大。在赫羅圖上,紅巨星是巨大的非主序星,光譜屬於K或M型
  • 地球上的水從何而來,為什麼其他星球沒有水,唯獨地球才有海洋?
    基本上,地球上的每個生命都需要水來生存。目前,地球近十分之七是海洋,只有十分之三是陸地。現在這麼多水從哪裡來?是地球創造了它嗎?學完化學後,每個人都知道水是水,也就是氫氧化物。水是由氫和氧合成的,因為這兩種元素可以從分解的水中獲得。前一段時間,在中國有另一個消息,即一個企業聲稱可以使用水作為燃料,即使用水分解氫,然後燃燒氫作為能源來推動汽車。
  • 為什麼第26號鐵元素會引爆超新星?地球上那麼多鐵會不會很危險?
    鐵器時代的崛起是人類社會發展的幸事,現代幾乎所有的工具中都是鐵或者鐵的合金,無論是大規模生產用的農具還是製造行業的工具以及設備,都少不了鐵元素的存在,甚至我們可以這樣定義鐵,
  • 地球上的水來自哪裡?彗星的冰又是如何產生的?
    並且,在它的表面已經發現水冰、甲醇和有機分子的光譜,科學家們判斷它主要由無定形水冰和巖石材料組成,這表明2014 MU69實際上是一顆彗星。彗星與柯伊伯帶一種成熟的理論認為地球上的水來自於太陽系外圍眾多的彗星,它們在與早期地球撞擊的過程中將攜帶的大量水留在了這裡。
  • 網友問:地球引力有多強?和宇宙中其他天體比起來微不足道
    地球表面的重力加速度g=9.8m/s^2,地球引力和宇宙中其他天體比起來,就是小巫見大巫;但是在人類世界中,人類文明用了幾千年的時間,才擁有了掙脫地球引力的能力。這就導致了,只要物體質量和密度足夠高,產生的引力就能無限增加,在宇宙中就有大量這樣的極端天體,我們來看其中幾個:(1)木星表面的引力強度,是地球2.5倍;(2)太陽表面的引力強度,是地球的28
  • 如果把一立方釐米中子星質量放在地球上,地球會不會被穿透?
    像黑洞這樣的天體,如果它靠近了某些其他的天體,就會把其他的天體撕碎,然後吃掉。如果我們把一立方釐米的中子星物質放到地球上,那地球不會被這些中子星物質的撕碎呢?中子星要了解這個問題,我們首先要搞清楚中子星到底是咋來的?
  • 太陽系中最恐怖的天體,你一定想不到是它,比地球大千倍!
    太陽系中最恐怖的天體,你一定想不到是它,比地球大千倍!太陽系是我們人類生存的星系,地球孕育生命得益於太陽,八大行星也圍繞太陽公轉,那太陽系最讓人「恐懼」的天體是什麼呢?木星是太陽系中最大的行星,擁有相當於1000個地球的巨大天體。作為太陽系八大行星中最大、傳播最快的行星,它的質量是太陽的千分之一,但卻是太陽系其他七大行星總質量的2.5倍。它看起來很迷人,像一個木質的木球,有很多像木質的條紋,還有一個「大眼睛」——大紅斑,但千萬不要被它的表象所迷惑。