科学家发现，一种古老且珍贵的气体，正从地球内部不断地释放出来

现代人类上得了天，也下得了海，甚至在遥远的火星上，也有人类的探测器在四处活动，然而对于地球内部到底是什么情况，人类却了解得很少，所以科学家一直在试图通过各种方法去窥探隐藏在地球内部的秘密。

近日，一项来自新墨西哥大学的研究表明，科学家发现，一种古老且珍贵的气体，正从地球内部不断地释放出来。

根据介绍，这种气体是由氦-3构成的一种单原子气体，它们之所以珍贵，主要有两方面的原因，一个原因是氦-3在地球上极为罕见，要知道氦只有氦-3和氦-4这两种稳定同位素，而根据此前的研究，在地球上所有的氦中，氦-3所占的比例仅为0.000137%，地球上的氦本来就少之又少，氦-3的稀有程度可想而知。

（注：氦-3的原子核包含一个中子和两个质子，而氦-4的原子核则比氦-3多了一个中子）

另一个原因则是，氦-3在核聚变反应过程中释放出的能量非常可观，并且绝对不会释放中子，因此氦-3被认为是非常理想的核聚变燃料。

科学家发现，这些氦-3来自于地球内部，它们不断地从海洋底部的“洋中脊”释放出来，估计每年会有大约2000克氦-3从地球内部逃逸，看上去这个数值似乎不值一提，但以氦-3的稀有程度来看，这其实是相当可观的。

在地球上，氦-3的来源只要有两种，第一种是地球诞生之初就自带的。

第二种则与宇宙射线有关，具体来讲就是：宇宙射线中的快中子会与地球大气层中的氮-14原子核发生反应，并生成碳-12和氚，而氚是氢的一种放射性同位素，会发生β衰变，其半衰期大约为12.43年，氚的原子核包含二个中子和一个质子，在发生衰变之后，其中的一个中子会转变成质子，其原子序数加1，从而衰变成氦-3。

由于第二种来源的氦-3数量极少，并且只存在于地球外层，也就意味着，从地球内部释放出来的氦-3只可能是地球诞生之初所自带的，可以说是非常古老了。

我们知道，地球的内部结构大致可分为地壳、地幔和地核，其中地幔和地核都可以算是“地球内部”，为了搞清楚这些古老且珍贵的气体到底有多少来自于地幔，有多少来自地核，科学家以目前的主流观点进行了建模研究。

根据科学界的主流观点，太阳系形成于一片巨大的原始星云，这被称为“太阳星云”，在大约46亿年前，这片星云发生了引力坍缩，随着坍缩过程的持续，星云中的物质不断地聚集，密度也越来越高，最终在其中心物质最密集的区域形成了太阳，而星云的残留物质则逐渐形成了太阳系中的其他天体，其中就包括地球，也就是说，地球内部的氦-3，其实就来自于“太阳星云”。

地球形成于大约45.5亿年前，在它形成之后不久（大约45亿年前），一颗与现在的火星差不多大的行星撞上了地球，此次撞击的结果是，这颗行星被撞得粉身碎骨，其致密的核心则融入了地球，另一方面，猛烈的撞击抛出了大量的物质，这些物质一边围绕地球运行，一边互相吸积，并最终形成了月球。

建模研究的结果表明，在上述的撞击过程中，地球地幔中的氦-3基本上会流失殆尽，只有地核中的氦-3才可以大量保存下来，在接下来的时间里，地核就一直在缓慢地释放出氦-3，并一直持续到现在。

科学家表示，如果该模型是正确的，那么现在的地核中就仍然保存着大量的氦-3，其最小数量级为10^12（克），最大数量级则为10^15（克），而它们的来源，还可以追溯到更加遥远的过去——宇宙诞生之初。

根据大爆炸宇宙论，宇宙诞生之初有一个“原初核合成”，其时间范围在“宇宙大爆炸”发生后10秒钟至35分钟之间，在这段时间里，宇宙中生成了大量的氦元素，其中就有占比极少的氦-3，而“太阳星云”中的绝大部分氦-3，就是来自于此。

来自宇宙诞生之初的一种古老且珍贵的气体，现在正从地球内部不断地释放出来，不得不说，这实在是一件很奇妙的事情，期待在进一步的研究工作中，科学家能够揭开隐藏在地球深处的更多秘密。

参考资料：

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，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。