現(xiàn)代人類上得了天，也下得了海，甚至在遙遠(yuǎn)的火星上，也有人類的探測器在四處活動，然而對于地球內(nèi)部到底是什么情況，人類卻了解得很少，所以科學(xué)家一直在試圖通過各種方法去窺探隱藏在地球內(nèi)部的秘密。

近日，一項來自新墨西哥大學(xué)的研究表明，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種古老且珍貴的氣體，正從地球內(nèi)部不斷地釋放出來。

根據(jù)介紹，這種氣體是由氦-3構(gòu)成的一種單原子氣體，它們之所以珍貴，主要有兩方面的原因，一個原因是氦-3在地球上極為罕見，要知道氦只有氦-3和氦-4這兩種穩(wěn)定同位素，而根據(jù)此前的研究，在地球上所有的氦中，氦-3所占的比例僅為0.000137%，地球上的氦本來就少之又少，氦-3的稀有程度可想而知。

（注：氦-3的原子核包含一個中子和兩個質(zhì)子，而氦-4的原子核則比氦-3多了一個中子）

另一個原因則是，氦-3在核聚變反應(yīng)過程中釋放出的能量非?？捎^，并且絕對不會釋放中子，因此氦-3被認(rèn)為是非常理想的核聚變?nèi)剂稀?/p>

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這些氦-3來自于地球內(nèi)部，它們不斷地從海洋底部的“洋中脊”釋放出來，估計每年會有大約2000克氦-3從地球內(nèi)部逃逸，看上去這個數(shù)值似乎不值一提，但以氦-3的稀有程度來看，這其實是相當(dāng)可觀的。

在地球上，氦-3的來源只要有兩種，第一種是地球誕生之初就自帶的。

第二種則與宇宙射線有關(guān)，具體來講就是：宇宙射線中的快中子會與地球大氣層中的氮-14原子核發(fā)生反應(yīng)，并生成碳-12和氚，而氚是氫的一種放射性同位素，會發(fā)生β衰變，其半衰期大約為12.43年，氚的原子核包含二個中子和一個質(zhì)子，在發(fā)生衰變之后，其中的一個中子會轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，其原子序數(shù)加1，從而衰變成氦-3。

由于第二種來源的氦-3數(shù)量極少，并且只存在于地球外層，也就意味著，從地球內(nèi)部釋放出來的氦-3只可能是地球誕生之初所自帶的，可以說是非常古老了。

我們知道，地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致可分為地殼、地幔和地核，其中地幔和地核都可以算是“地球內(nèi)部”，為了搞清楚這些古老且珍貴的氣體到底有多少來自于地幔，有多少來自地核，科學(xué)家以目前的主流觀點進(jìn)行了建模研究。

根據(jù)科學(xué)界的主流觀點，太陽系形成于一片巨大的原始星云，這被稱為“太陽星云”，在大約46億年前，這片星云發(fā)生了引力坍縮，隨著坍縮過程的持續(xù)，星云中的物質(zhì)不斷地聚集，密度也越來越高，最終在其中心物質(zhì)最密集的區(qū)域形成了太陽，而星云的殘留物質(zhì)則逐漸形成了太陽系中的其他天體，其中就包括地球，也就是說，地球內(nèi)部的氦-3，其實就來自于“太陽星云”。

地球形成于大約45.5億年前，在它形成之后不久（大約45億年前），一顆與現(xiàn)在的火星差不多大的行星撞上了地球，此次撞擊的結(jié)果是，這顆行星被撞得粉身碎骨，其致密的核心則融入了地球，另一方面，猛烈的撞擊拋出了大量的物質(zhì)，這些物質(zhì)一邊圍繞地球運(yùn)行，一邊互相吸積，并最終形成了月球。

建模研究的結(jié)果表明，在上述的撞擊過程中，地球地幔中的氦-3基本上會流失殆盡，只有地核中的氦-3才可以大量保存下來，在接下來的時間里，地核就一直在緩慢地釋放出氦-3，并一直持續(xù)到現(xiàn)在。

科學(xué)家表示，如果該模型是正確的，那么現(xiàn)在的地核中就仍然保存著大量的氦-3，其最小數(shù)量級為10^12（克），最大數(shù)量級則為10^15（克），而它們的來源，還可以追溯到更加遙遠(yuǎn)的過去——宇宙誕生之初。

根據(jù)大爆炸宇宙論，宇宙誕生之初有一個“原初核合成”，其時間范圍在“宇宙大爆炸”發(fā)生后10秒鐘至35分鐘之間，在這段時間里，宇宙中生成了大量的氦元素，其中就有占比極少的氦-3，而“太陽星云”中的絕大部分氦-3，就是來自于此。

來自宇宙誕生之初的一種古老且珍貴的氣體，現(xiàn)在正從地球內(nèi)部不斷地釋放出來，不得不說，這實在是一件很奇妙的事情，期待在進(jìn)一步的研究工作中，科學(xué)家能夠揭開隱藏在地球深處的更多秘密。

參考資料：

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，今天我們就先講到這里，歡迎大家關(guān)注我們，我們下次再見。

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