這兩種元素在地球上極為稀缺,但在其他天體上到處都是

2020-12-04 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!

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