上圖中漫天的氣球是不是很美，猶如穿越到了童話世界一般。以前我們經(jīng)常舉辦大型活動(dòng)，慶典都會(huì)釋放大量的氦氣球，我們陪孩子逛街，有時(shí)也會(huì)給孩子買個(gè)氣球玩，然后在不經(jīng)意間就會(huì)把氣球放入空中，這些都是我們習(xí)以為常的事情，那么我們今天要聊的是：我們熟悉的氦是怎么來的，我們釋放的每一個(gè)氣球里的氦氣，都是我們地球經(jīng)過幾十億年的時(shí)間才形成的。它是我們地球極其匱乏的資源，請(qǐng)不要輕易的丟掉它。

氦氣的性質(zhì)決定了地球形成初期就留不住它

曉得元素周期表的伙伴們都知道，氦是一種比空氣輕比氫氣略重的氣體，它經(jīng)常被用來填充氣球、飛艇，這是我們擺脫地球重力最便捷有效的方法。

表面上看，氦氣球升空似乎是在反抗地心引力。但真正的原因是氦是一種密度很低的氣體。我們的大氣主要由氮?dú)?N?)和氧氣(O?)混合而成，平均分子量為29。而氦氣的分子量只有4，僅次于分子量為2的氫氣（H?）。

就像石頭沉入海洋，油漂浮在水中一樣，浮力原理確保了物質(zhì)從低密度到高密度層層分布，對(duì)于大氣來說，經(jīng)過足夠長的時(shí)間，也會(huì)出現(xiàn)這樣的分布。

在固體中，例如在地球內(nèi)部，地核比地幔密度大，地幔比地殼密度大，地殼比海洋密度大等等，液體和氣體也是如此。對(duì)于像木星這樣的氣態(tài)巨行星來說，因?yàn)樗馁|(zhì)量是地球的數(shù)百倍，即使是它大氣中最輕的氣體也會(huì)被束縛在木星上。而月球和小行星的質(zhì)量太小，重力無法留住任何氣體，由于來自太陽的強(qiáng)烈輻射，即使是最重的氣體也會(huì)被太陽風(fēng)完全剝離。

太陽系初期，我們的地球就已經(jīng)沒有氦了

今天我們地球的大氣層主要由氮?dú)?78%)、氧氣(21%)和其他微量氣體組成。然而，如果我們回到太陽系最初形成的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)每顆行星的大氣層中都充滿了宇宙中最常見的兩種元素:氫和氦。

在地球形成初期絕大多數(shù)的氫和氦會(huì)被暫時(shí)束縛在大氣層中，并迅速上升到大氣的最上層。地球上的其他原子，例如：碳、氮和氧會(huì)與氫結(jié)合生成甲烷、氨和水/水蒸氣，這就為我們地球保留了大量的氫，但其他元素不會(huì)與氦(惰性)發(fā)生反應(yīng)。隨后絕大多數(shù)的氫和氦會(huì)被太陽風(fēng)以相對(duì)較快的速度剝離地球，而剩下的一小部分氫和氮?jiǎng)t會(huì)在地球上停留更長的時(shí)間，最終也會(huì)消失殆盡只留下大氣層中最重的一些氣體。

自太陽系誕生以來，地球上幾乎就沒有氦了。(更準(zhǔn)確地說，氦只占地球大氣體積的0.00052%。)那說明還是有的，我們知道地球的大氣層總量很大，我們是否可以嘗試從大氣中開采氦呢？肯定可以，不過這個(gè)過程非常困難，而且非常昂貴，并不能大量的制備氦氣。這個(gè)路行不通，如果我們不說大氣，在地球上確實(shí)還有很多氦，不過它與大氣中的氦無關(guān)，也與宇宙其他地方的氦無關(guān)。

現(xiàn)在，我們“制造”氫氣完全沒有問題，因?yàn)楹Ｑ笾谐錆M了2/3的氫。但是氦呢?

上圖中是鈾和釷的一些放射性樣本，它們是自然界中最稀有的兩種元素。最常見的同位素鈾238和釷232都具有放射性，其中鈾-238(半衰期= 45億年),釷-232(半衰期= 140億年)。

鈾-238（45億年），相當(dāng)于地球年齡的時(shí)間尺度。半衰期短得多的放射性重元素都早已經(jīng)已衰變?yōu)槠渌亓?strong>;這就是為什么鈾(或者釷)是地球上自然存在的最重元素。

但是當(dāng)鈾238和釷232衰變時(shí)，它們會(huì)以一種非常特殊和重要的方式衰變。這也是我們地球氦氣的唯一來源。

它們的衰變過程屬于α衰變，在這個(gè)過程中，重元素會(huì)釋放出一個(gè)α粒子，最終形成一個(gè)更穩(wěn)定的原子核。但是“α粒子”有兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子，實(shí)際上就是氦原子的原子核!氦原子核會(huì)在幾微秒內(nèi)快速得到電子，變成一個(gè)中性氦原子，由于氦原子不與任何元素發(fā)生反應(yīng)，它的唯一要做的事就是一直往大氣層最高處竄。

但是世界上大部分的鈾和釷埋藏在地下深處，所以地殼中只要有存在了幾十億年的鈾或釷的礦床，我們就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的含有氦氣的天然氣礦床。世界上最大的含氦天然氣礦床位于美國中部附近的地下。

我們現(xiàn)在知道了地球上的氦屬于不可再生資源，如果我們從地下開采氦氣，地球則需要數(shù)億年的時(shí)間才會(huì)通過重元素衰變產(chǎn)生氦，所以我們就必須找到新的氦源，比如通過掌握核聚變技術(shù)，或者去月球開采氦的同位素氦-3，這兩個(gè)方案短時(shí)間內(nèi)是無法實(shí)現(xiàn)的。

現(xiàn)在我們應(yīng)該意識(shí)到，我們每次充滿一個(gè)氦氣球，就意味著把地球整個(gè)自然史創(chuàng)造出來的東西白白送入了大氣層，然后被太陽風(fēng)吹到星際空間。

最后的一些想法

氦是一種稀有而獨(dú)特的元素，并且具有一些驚人的物理特性。當(dāng)溫度降至4K時(shí)，氦才會(huì)變成液體，當(dāng)溫度降至2k時(shí)，氦會(huì)變成了超流體，具有神奇的無摩擦特性。

世界上最大的粒子加速器大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的超冷系統(tǒng)就是通過液氦的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)的，并在創(chuàng)造地球上有史以來最強(qiáng)的磁場(chǎng)方面發(fā)揮了重要作用。

如果我們不保存和循環(huán)利用地球上的氦，在未來氦將會(huì)嚴(yán)重短缺，氦在大氣中只占0.00052%，你覺得未來我們?nèi)祟惖目萍寄軓拇髿庵虚_采出氦嗎？

目前我國工業(yè)制備氦氣都是從含氦天然氣中分離出來的，這些氦氣都是放射性素經(jīng)過億萬年的衰變產(chǎn)生的，而且我國氦氣資源也十分貧乏，提取難度大，成本高，所以我們不要輕易放掉手中的氦氣球，那是我們地球自誕生以來就經(jīng)歷了45億年才開始制備的稀有資源。