Jeden neutron robi różnicę. Hel najczęściej ma w jądrze dwa protony i dwa neutrony. Taka postać tego pierwiastka stanowi 99,999 proc. ziemskiego helu. Pozostałe 0,001 proc. przypada na hel-3. To izotop helu, którego jądro składa się z dwóch protonów i tylko jednego neutronu.
Hel-3 jest nie tylko niezwykle rzadki, ale i niezwykle cenny. Typowany jest na superwydajne, ekologiczne paliwo, które w przyszłości mogłoby zasilać elektrownie termojądrowe. Według szacunków, jakie można znaleźć na stronie AGH, tylko 500 kg helu-3 wystarczyłoby, by przez rok zasilać miasto wielkości Berlina (czyli mające ponad 3,5 mln mieszkańców). Co istotne, w reakcji termojądrowej z użyciem helu-3 nie powstawałyby odpady promieniotwórcze.
Gdzie na Ziemi jest najwięcej helu-3?
Problem polega na tym, że na Ziemi helu-3 jest bardzo niewiele. Stany Zjednoczone są w stanie pozyskiwać zaledwie kilkadziesiąt kilogramów tego pierwiastka rocznie. To powoduje, że ogromne zainteresowanie budzą księżycowe zasoby helu-3. Na Księżycu ma być go 100 mln razy więcej niż w złożach na Ziemi.
W przypadku Księżyca istotne jest też to, że hel-3 znajduje się w regolicie, czyli na powierzchni satelity. Jeśli chodzi o naszą planetę, główne zasoby tego pierwiastka miały znajdować się w jej skorupie (skąd przez miliony lat uciekał do atmosfery) oraz w płaszczu.
Jednak przeczą temu nowe badania Petera Olsona z Uniwersytetu Nowego Meksyku. Jego praca na temat helu-3 została opublikowana w czasopiśmie naukowym „Geochemisty, Geophysics, Geosystems”.
Ile helu-3 traci rocznie Ziemia?
Każdego roku z wnętrza naszej planetu uwalnia się ok. 2 kg helu-3. Dzieje się to w miejscach, gdzie spotykają się płyty tektoniczne. – To cud natury i istotna wskazówka dotycząca historii naszej planety – mówi Olson.
Dotychczas naukowcy nie wiedzieli, skąd pochodził ten pierwiastek i jak duże są jego zasoby zmagazynowane wewnątrz Ziemi. By to wyjaśnić, Olson opracował model, uwzględniający wczesne etapy formowania się naszej planety oraz powstanie Księżyca.
Kiedy Ziemia utraciła zasoby helu-3?
Hel-3 to bardzo „stary” pierwiastek. Powstał zaraz po Wielkim Wybuchu, kilkanaście miliardów lat temu. Mgławica słoneczna, czyli wirujący obłok pyłu i gazu, z którego uformował się Układ Słoneczny, zawierała ogromne jego ilości.
Z modelu Olsona wynika, że młoda Ziemia też była bardzo bogata w hel-3. Utraciła jednak jego większość w czasie katastrofy, w wyniku której powstał Księżyc. Ok. 4 mld lat temu w Ziemię uderzyło potężne ciało niebieskie – wielkości jednej trzeciej naszej planety. W rezultacie tego zderzenia płaszcz Ziemi został zniszczony, a hel-3 zmagazynowany wewnątrz ulotnił się.
Ile helu-3 pozostało na Ziemi?
Z modelu Olsona wynika, że najwięcej helu-3 znajduje się w jądrze Ziemi. Ile go jest? Od 10 teragramów (1013 gramów, czyli 10 megaton) do petagrama (1015 gramów, czyli jednej gigatony), oszacował badacz. Jeśli te obliczenia są poprawne, wskazywałoby to, że Ziemia uformowała się w samym środku mgławicy słonecznej, gdzie helu-3 było najwięcej.
Nie jest to jednak pewne. Sam Olson przyznaje, że jego symulacja opiera się na wielu założeniach. Jednym z nich jest na przykład hipoteza, że hel-3 stał się częścią mieszaniny metali, z których składa się ziemskie jądro. Inną – że część tego pierwiastka przedostaje się z jądra do płaszcza. To wszystko sprawia, że szacunki dotyczące ilości helu-3 w jądrze obarczone są sporym ryzykiem błędu.
– Nadal jest tu więcej zagadek niż pewników – podsumowuje swój model Peter Olson.
Źródła: Geochemisty, Geophysics, Geosystems; Advancing Earth and Space Science; AGH.
