我們對宇宙成分的最佳估計表明,它主要是暗物質和暗能量,而這兩種物質在地球上都沒有被檢測到。即使是我們有時稱為「可觀測宇宙」的重子物質,以質量計算也含有四分之三的氫和 23% 的氦,如果計算原子的話,甚至更少。在地球上情況就完全不同了,氦是最稀有的元素之一,而氫隻佔地殼的百分之一,更不用說佔整個地球了。
我們從哪裡開始
在宇宙尺度上,氫含量豐富,主要是因為它的大部分是在大爆炸中產生的。宇宙誕生後的最初時刻是一團亂麻。一旦事情穩定下來,大多數可觀察到的物質都由電子、質子和中子以及一些更奇特的亞原子粒子組成。電子和質子通常會相互結合形成氫。也產生了少量的氦氣和更少的鋰。
大部分原始鋰已經在恆星中被破壞,但同樣的恆星將氫融合成氦,並在其生命的後期,融入了恆星的其餘部分。。然而,如果你把宇宙視為一台將氫轉化為其他元素的機器,它仍然很年輕,大部分旅程還在前面。
然而,僅看地球,這項工作似乎已基本完成。我們的海洋由兩份氫和一份氧組成(也添加了鈉、氯和其他製鹽元素)。有些也與岩石結合或以大氣中的甲烷形式附著在碳分子上。儘管如此,作為整個行星上原子的一部分,氫的含量並不多。
然而,氦氣的含量卻少得多。太少了以至於沒有人注意到它是。
像所有的 行星,地球是由。反過來,它是由大爆炸中的氫和氦以及少量較重的元素組成,這些元素融合在前幾代恆星中,並以超新星和超新星的形式傳播到整個星系。。
太陽和外太陽系的氣態巨行星的成分大致反映了這一點,當然,太陽的大量原始氫現在是氦。地球和其他內行星是完全不同的。
那麼這些元素到哪裡去了呢?
除了在宇宙中含量豐富之外,氫和氦的共同點是它們都是非常輕的氣體。這意味著它們可以輕鬆逃脫地球引力。較大的行星,例如木星,由於擁有更大的引力,因此能夠固定更多的行星。地球根本不夠大。
除此之外,地球比氣態巨行星離太陽近得多。氣體變得更加溫暖,為它們提供能量,增加逃逸的機會。
氦氣特別稀有,因為作為一種惰性氣體,它與任何其他可能束縛它足以防止逃逸的原子結合。大多數行星科學家懷疑來自行星盤的原始氦是否存在於地球上,儘管已經提出了一個機制可以佔一點。我們所擁有的氦很大程度上是重元素放射性衰變的結果。一種常見的腐爛形式涉及,其兩個質子和兩個中子與氦 4 原子的原子核相同。一旦釋放,α粒子可以從環境中捕獲電子並變成氦。
如果在地表附近釋放,氦原子很可能會進入大氣層,然後進入太空。然而,地下深處的放射性所產生的氦氣可以被困在地球內部的空洞。
儘管氦氣與派對氣球廣泛相關,但它還有更重要的應用,例如和對於液態氮等替代品來說溫度太低。我們的庫存依賴對古老空間的鑽探,氦氣在這些空間中已經累積了數百萬年。相同的空間通常還含有豐富得多的其他氣體,並且大多數氦氣庫存都是作為副產品收集在鑽探甲烷時。然而,隨著世界逐漸遠離化石燃料,可能會成為優先事項。
地球上的氫比氦更豐富,因為它很容易與氧等元素結合。水蒸氣分子的重量是H的九倍2分子,使其逃逸的可能性大大降低。然而,結合形成地球的行星微子中的大部分氫被認為是早已逃走,特別是當撞擊使行星表面變成岩漿海時。
有一個地球上的水是否含有來自行星形成時殘留在地函深處的氫,或者地球是否曾經一度乾涸,然後被彗星和小行星中的氫補充。然而,無論哪一方是正確的,地球都很幸運地擁有如此多的氫。月亮和其他內行星其數量少得多,透過與地球上類似的過程失去了大部分,但阻止逃逸的重力更小。
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