地球上的氦快要枯竭了吗？
首先，我们要明白地球上的氦气是怎么来的。我们日常接触到的氦气，特别是用于填充气球、进行核聚变反应，甚至是用于医疗成像的液氦，绝大多数都来自于地球内部。它不是像植物那样通过光合作用产生的，也不是像煤炭石油那样是古代生物遗留下来的。氦气是一种放射性元素衰变产生的副产品。我们熟悉的铀和钍这些放射性元素，在衰变过程中会释放出α粒子。一个α粒子，其实就是两个质子和两个中子的组合，而这恰恰就是氦原子核的构成。
当这些放射性元素在地球深处缓慢衰变时，释放出的氦原子核就会捕获两个自由电子，形成完整的氦原子。这些氦原子被困在地层深处，与天然气、石油等碳氢化合物混合在一起，形成我们所谓的“含氦天然气”。在开采天然气的时候，这些氦气也一并被提取出来，然后通过复杂的工艺进行分离和提纯，最终成为我们使用的各种氦气产品。
所以，地球上的氦气并非“源源不绝”，它的产生是一个极其缓慢的过程，需要依赖地壳中放射性元素的持续衰变。这个过程的时间尺度是亿万年，远远长于人类文明的历史。
那么，这是否意味着氦气储量有限，终将枯竭呢？理论上是的。地球上的氦气总量是有限的，因为它的生成速度非常缓慢，而一旦氦气逸出大气层，它就会以极快的速度逃逸到太空中，因为氦气非常轻，在地球引力作用下很难被束缚住。
然而，我们现在讨论“氦气枯竭”的问题，通常是指“可经济开采的氦气资源”。这就像石油和天然气一样，不是说地球上完全没有了，而是指我们现有技术能够有效、成本可控地获取的资源。
目前，全球已探明的含氦天然气储量主要集中在少数几个国家，其中美国、卡塔尔、阿尔及利亚、俄罗斯等国拥有相对可观的储量。尤其值得一提的是，一些天然气田之所以被重点开发，不仅是因为其天然气产量高，更因为其氦气含量也相对较高，具有很高的经济价值。
那么，我们是否“耗费”得太快了？这就是问题的关键所在。氦气在许多现代工业和科技领域中扮演着不可或缺的角色。
低温制冷： 液态氦是目前唯一能使超导磁体达到超导状态的冷却剂，而超导磁体在核磁共振成像（MRI）、粒子加速器（如欧洲核子研究组织CERN的大型强子对撞机）、磁悬浮列车等领域至关重要。没有液氦，这些尖端技术将难以运行。
焊接： 在航空航天、汽车制造等领域，氦气被用作焊接保护气，防止金属在高温下氧化。
探测： 检漏仪、质谱仪等都需要氦气作为载气或校准气。
工业： 潜水呼吸混合气、气球填充（虽然这是最常见的用途，但相较于工业应用，其消耗量相对较小）等等。
问题的核心在于，许多对氦气的需求是“消耗性”的，比如在焊接过程中，大部分氦气会随之逸散；而一些重要的应用，例如MRI，则需要大量的液氦进行冷却。液氦的挥发性意味着一旦被气化，如果没有回收机制，就会逃逸到大气层并最终消失。
所以，当人们说“氦气快要枯竭了”，更多的是在担忧“容易获取且经济可行的氦气资源”的枯竭，以及我们对这种不可再生资源的浪费。
一些研究和报告确实指出，全球氦气产量在过去几十年里并没有显著增长，甚至在某些时期出现过短缺，价格也因此大幅波动。这与一些大型氦气生产设施（如位于美国的国家氦气储备）的运营状况、主要生产国的政策调整，以及全球对氦气需求的增加都有关系。
我们是否正在“浪费”氦气？
在很多方面，是的。比如，用来填充一次性气球的氦气，一旦被释放，绝大部分会逃逸到太空。虽然这部分消耗量相对于工业应用来说占比较小，但它仍然是一种不可再生资源的消耗。更重要的是，在一些工业过程中，氦气的回收率并不高，导致大量氦气在应用后直接逸散。
有没有办法缓解？
1. 提高回收率： 对于工业和科研应用中使用的氦气，建立更完善的回收和再利用系统至关重要。许多使用液氦的设备（如MRI）都配备有氦气回收装置，但其效率和普及程度仍有提升空间。
2. 寻找替代品： 在一些对氦气性能要求不是那么极端的场合，研究和开发替代气体（如氩气）是可能的方向。
3. 更负责任的开采和管理： 科学评估剩余的可采储量，制定合理的开采计划，并加强国际合作，避免无序和过度开采。
4. 提升公众意识： 让更多人了解氦气的稀缺性和重要性，理性看待其消费，例如不轻易购买大量用于一次性娱乐的气球。
总结一下，地球上的氦气并非“瞬间枯竭”，也不是说明天就没有了。 它的生成过程是亿万年尺度，而我们当前可经济开采的储量是有限的。我们对氦气的需求日益增长，特别是在高科技领域，而一些应用方式又存在浪费。因此，与其说氦气“快要枯竭”，不如说我们面临的是“可经济开采的氦气资源日益稀缺”和“必须提高氦气利用效率、减少浪费”的挑战。
这并不是一个科幻电影里的末日场景，而是一个关乎资源管理和可持续发展的重要课题。我们需要认真审视氦气的用途，加强回收和管理，为未来的科技发展和人类福祉负责。
网友意见
美国多年以极低的价格出售氦，导致各国矿业公司毫无经济动力勘探氦储。
跟曾经中国的稀土储量占世界96%原因差不多，因为中国曾经以极低价格出售稀土，导致各国矿业公司毫无经济动力勘探稀土。
氦来源于放射性元素的α衰变，理论上天然辐射本底高的地方都有储藏氦的机会。
因为地球上的放射性元素来自于太阳系形成时的原始星云, 一般来说古老的大陆板块往往天然辐射本底偏高*，比如北美东北部。确实20世纪美国产出了世界上大部分的氦，但北美东北显然不是唯一古老的陆块，南部非洲和西非、东欧波罗的海、中西伯利亚、巴西高原亚马逊盆地、澳大利亚中西部、印度南部也是古老陆块[1][2]。华北比较特别，克拉通已经发生破坏[3]。
* 反之不成立，不古老的陆地并不必然天然放射性低
一些已知的大陆天然放射性本底数据，灰色和白色为缺数据[4][5]
天然辐射高的区域都是有机会勘探到氦的，虽然不是一定有，但全世界这么多天然辐射高的区域，澳大利亚、哈萨克、加拿大有世界上最大的铀矿，巴西、澳大利亚、印度、土耳其有大型钍矿，为什么偏偏只有美国东部有氦？这听起来就不太对。
例如：早在1987年就已经清楚，澳大利亚某些地区的天然气中含有大量的氦[6][7][8]，但是因为氦提纯和储藏设施价格昂贵，无利可图，所以长期以来天然气中的氦都是被当作杂质排放的[9]。
而非洲和南美的勘探条件就更差，可能从来没有认真调查过。
随着氦气价格的上涨，一些公司也开始向这个方向投资，阿尔及利亚、俄罗斯、澳大利亚已经开始兴建氦提纯厂，把原来当作杂质和废气的氦提取出来[9][10]。
参考
- ^ Irina M. Artemieva and Walter D. Mooney. Thermal thickness and evolution of Precambrian lithosphere: A global study. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 106, NO. B8, PAGES 16,387–16,414, AUGUST 10, 2001
- ^ Petrescu, Laura. (2017). Petrescu-L-2017-PhD-thesis. 10.13140/RG.2.2.27302.57929.
- ^ 朱日祥, 徐义刚. 西太平洋板块俯冲与华北克拉通破坏. 中国科学: 地球科学, 49卷, 9期: 1346-1356(2019)
- ^ Giorgia Cinelli, Tore Tollefsen, Peter Bossew, Valeria Gruber, Konstantins Bogucarskis, Luca De Felice, Marc De Cort. Digital version of the European Atlas of natural radiation. Journal of Environmental Radioactivity, Volume 196. 2019, Pages 240-252.
- ^ Brian Minty, Ross Franklin, Peter Milligan, Murray Richardson, John Wilford. The Radiometric Map of Australia. Exploration Geophysics 40(4) 325-333. 7 December 2009.
- ^ almer N and Ambrose GJ, 2012. Mt Kitty Prospect, Southern Amadeus Basin. In: Ambrose GJ and Scott J, (Editors, 2012). Proceedings of the Third Central Australian Basins Symposium, Alice Springs, 16-17 July 2012. pp 14.
- ^ Palmer N and Ambrose GJ, 2012. The Mt Kitty Prospect: Regional thrust belts in the southern Amadeus Basin host numerous wet gas and helium plays. Pesa News. pp 48-49.
- ^ McKay BA, 1987. Helium Resources and Developments in Australia. BMR Record 1987/22.
- ^ a b Christopher J. Boreham A D , Dianne S. Edwards A , Robert J. Poreda B , Thomas H. Darrah C , Ron Zhu A , Emmanuelle Grosjean A , Philip Main A , Kathryn Waltenberg A and Paul A. Henson. Helium in the Australian liquefied natural gas economy. The APPEA Journal 58(1) 209-237.
- ^ Michael C. Clarke, Duncan Seddon, Greg Ambrose. Helium: will it be the next mineral to boom in Australia? Ausimm Bulletin, December 2014.
今天新闻：被称为“黄金气体”氦气全球短缺，我国是重要的氦气进口国，因为氦气缺乏，从医疗，航天到各种重要的科研恐怕严重受阻！
氦气是什么？有什么用？
氦，是元素周期表中排名第2的元素，紧跟氢气之后，一种稀有的惰性气体，和氖、氩、氪、这些一样，氦最外层电子虽然只有2个，但是是第一层电子，2个电子也达到饱和状态，所以无色，无毒，无味的氦是已知元素中最不活泼的，基本上无法和其他物质反应生成化合物。氦气的密度很低，最重要沸点非常低到-268.9度，接近绝对零度，是所有元素中沸点最低的元素，是低温学领域的无价之宝。氦气因为不易液化，稳定性好，扩散性强而广泛用于工业，医疗，航天和科研领域。
氦有哪些重要应用？
1.大型强子对撞机：对撞机内部的电缆电流高达1.2万安培，大致相当于小型闪电，要携带这么多电流而不烧毁，电缆必须是超导体，超导体必须保持在绝对零度（-273.15摄氏度）以上几度的低温下，才有超导特性，因此这个电缆泡在巨大的液氦池子里面，60厘米深的液氦提供低温。磁体内部也不断用加压超冷液氦冷却。
2.MRI磁共振医学扫描：同样需要液氦提供超低温，形成超导体，提供强大的磁场。
3.航天领域：氦是不可或缺的太空气体，液氧液氢煤油火箭发动机的燃料和输送系统都需要氦，在换热器中加温增压的氦气，送回液氧存储箱，为它们增压，强大的氦气把液氧推送到液氧涡轮泵，涡轮泵以每分钟1.2万转的速度，把液氧泵到发动机燃烧室，在燃烧室的喷注盘中喷出完美的雾化液滴，进行燃烧产生巨大推力推动火箭升上天空。美国的土星5号，猎鹰9号，我国长征系列运载火箭都采用了冷氦增压技术。
4.光纤和芯片制造：液氦能增加光纤的传输效果。芯片制造需要氦隔绝普通空气的影响，比如单晶炉是在惰性气体（氮气、氦气为主）环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，然后，对熔化的硅液稍做降温，使之产生一定的过冷度，再用一根固定在籽晶轴上的硅单晶体（称作籽晶）插入熔体表面，待籽晶与熔体熔和后，慢慢向上拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长，生长出无错位单晶。
5.焊接：当一些金属在加热或熔化时,为了阻止其和大气中的氧和氮反应,必须用惰性气体保护，焊接使用了氦气作保护气体。
6.泄露检查：因为氦是第2轻的元素（氢更小，但是易燃，不安全），空气中含量又很低，喷涂接口，能很快发现泄露。
7.氦气比空气轻，而且不容易燃烧，可以为气球和飞艇充气，氦气升力大概是氢气升力的90%，除了贵，是很好的充气气体。
8.气相色谱法检测中的载气，使用氦气。气相色谱法是利用气体作流动相的色层分离分析方法。汽化的试样被载气（流动相）带入色谱柱中，柱中的固定相与试样中各组份分子作用力不同，各组份从色谱柱中流出时间不同，组份彼此分离。采用适当的鉴别和记录系统，制作标出各组份流出色谱柱的时间和浓度的色谱图。根据图中表明的出峰时间和顺序，可对化合物进行定性分析；根据峰的高低和面积大小，可对化合物进行定量分析。具有效能高、灵敏度高、选择性强、分析速度快、应用广泛、操作简便等特点。适用于易挥发有机化合物的定性、定量分析。对非挥发性的液体和固体物质，可通过高温裂解，气化后进行分析。可与红光及收光谱法或质谱法配合使用，以色谱法做为分离复杂样品的手段，达到较高的准确度。是司法鉴定中检测有机化合物的重要分析手段。典型的载气包括氦气、氮气、氩气、氢气和空气。通常，选用何种载气取决于检测器的类型。例如，放电离子化检测器（DID）需要氦气作为载气。
9.深度饱和潜水使用的氦氧混合气体。人类进行水下深潜的时候，由于气压增大，水下呼吸普通空气，其中的氮气在高压下容易引发“氮麻醉”，而且呼吸阻力也随着水压增大，这时只能呼吸氦氧混合气体来进行更深的潜水作业，而惰性气体吸入后会融进人体血液，潜水员在水下高压下待一段时间后，只要压力不变，即使再增加潜水时间，血液组织里的气体含量也不会改变，这就像一只盛满了水的杯子，含量达到了极限，再加一滴也会渗出来，这就是饱和潜水。因此潜水员在海洋的某一个深度工作一段时间后，不必匆忙回道海面上减压，可以继续在海中将工作做完，然后在返回海面，进行一次减压就行了，上浮海面解压的过程必须非常缓慢，如果不按照流程解压，溶解在体内的氦气会在潜水员的关节或者身体组织中形成气泡，造成严重的减压病，甚至会危及生命。饱和潜水工作非常危险和辛苦，工资很高，美国一天1400美元，接近1万人民币/天。
既然氦这么重要，我们地球上的氦多不多？其实在整个宇宙中，氦是第二丰富的元素，已知宇宙质量中，有24%是氦，75%的氢，其他所有元素加起来也只有1%。太阳有73%是氢，25%是氦，每秒钟就有600万吨氢参与核聚变，生成氦的过程中，损失的质量变成能量，成为太阳能量之源。
但是在地球上，氦又太少，空气中的氦气含量很低，只有5.2万分之一，想要从空气中提取氦气困难，氦气在地球中主要存储于岩石闭合圈中，由岩石中的发射性矿物质衰变形成，进入天然气，一般天然气中如果含有1%到7%的氦气，就可以工业化从天然气中提取。全球含有氦的天然气最多的是美国和卡塔尔，美国生产的氦能满足全球60%的需求，基本上给自家的比如NASA在内的国内企业用，卡塔尔是全球第二大氦生产国，和第一大出口国，满足了全球30%氦的需求。
我国的氦气资源极度匮乏，含量低，开采难度大，80%以上都需要进口，而且价格比较贵。
在常温常压下面，地球引力难以对氦气产生控制，容易挥发逃逸到宇宙中。作为一种地球资源，氦具有不可再生性，也许终将枯竭。比较好的解决方法之一，未来到富含氦气的气体星球比如木星，去提取氦气，带回地球，这只能期待未来技术的发展了。
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