上图天空中的气球是不是很美？就像穿越到了一个童话世界。以前我们举办大型活动，庆典的时候会放飞大量的氦气球。我们和孩子一起逛街，有时候会买一个气球给孩子玩，然后不经意的放进去空。这些都是我们习以为常的事情。所以我们今天要讲的是:我们熟悉的氦是怎么来的？我们在每个气球中释放的氦花了数十亿年才形成了我们的地球。它是我们地球上极其稀缺的资源。请不要轻易扔掉它。

氦的性质决定了它在地球形成初期是留不住的。

了解元素周期表的朋友都知道，氦是一种比空轻，比氢略重的气体。经常用来给气球和飞艇充气，这是我们摆脱地球引力最方便有效的方法。

在表面上，氦气球上升空，好像在抵抗重力。但真正的原因是氦是一种密度非常低的气体。我们的大气主要由氮(N)和氧(O)的混合物组成，平均分子量为29。氦的分子量只有4，仅次于氢(H)的分子量2。

就像石头沉入海洋，石油浮在水中一样，浮力原理保证物质从低密度到高密度逐层分布。对于大气层来说，经过足够长的时间，这样的分布也会出现。

在固体中，比如地球内部，地核比地幔密度大，地幔比地壳密度大，地壳比海洋密度大，等等。液体和气体也是如此。对于木星这样的气体巨行星来说，由于其质量是地球的几百倍，所以即使是其大气中最轻的气体也会束缚在木星上。然而，月球和小行星的质量太小，重力无法保留任何气体。由于太阳的强烈辐射，即使是最重的气体也会被太阳风完全剥离。

在太阳系形成之初，地球上没有氦。

今天，我们地球的大气层主要由氮气(78%)、氧气(21%)和其他微量气体组成。但是，如果我们回到太阳系刚形成的时候，会发现每颗行星的大气层都充满了宇宙中最常见的两种元素:氢和氦。

在地球形成之初，大部分氢和氦会被暂时禁锢在大气层中，并迅速上升到大气层顶部。地球上的其他原子，如碳、氮、氧，会与氢结合形成甲烷、氨和水/水蒸气，为我们的地球储备了大量的氢，但其他元素不会与氦发生反应(惰性)。然后绝大多数的氢和氦会被太阳风以相对较快的速度剥离地球，而剩余的一部分氢和氮会在地球上停留更长的时间，最终消失，只留下大气中一些最重的气体。

自太阳系诞生以来，地球上几乎没有氦。(更准确地说，氦只占地球大气体积的0.00052%。)那说明是有事情的。我们知道地球大气的总量很大。我们能试着从大气中提取氦吗？当然可以，但是这个过程非常困难，成本也很高，而且不能大量生产氦气。这条路不行。如果不谈大气层，地球上确实有大量的氦，但与大气层中的氦或宇宙其他地方的氦无关。

现在，我们“制造”氢气没有问题，因为海洋中充满了2/3的氢气。但是氦呢？

上图是铀和钍的一些放射性样本，这是自然界中最稀有的两种元素。最常见的同位素铀238和钍232具有放射性，其中铀-238(半衰期= 45亿年)和钍-232(半衰期= 140亿年)具有放射性。

铀-238(45亿年)，相当于地球年龄的时间尺度。半衰期短得多的放射性重元素早已衰变为其他元素；这就是为什么铀(或钍)是地球上最重的自然元素。

但是当铀238和钍232衰变时，它们以一种非常特殊和重要的方式衰变。这也是我们星球上氦的唯一来源。

它们的衰变过程属于α衰变，重元素会释放出一个α粒子，最终形成一个更稳定的原子核。但是“α粒子”有两个质子和两个中子，实际上是氦原子的原子核！氦核会在几微秒内迅速得到电子，变成中性氦原子。由于氦原子不与任何元素发生反应，所以它唯一要做的就是一直走到大气的最高点。

但世界上大部分的铀和钍都埋藏在地下深处，所以只要地壳中有存在了数十亿年的铀或钍矿床，我们就一定会发现大量含氦的天然气矿床。世界上最大的含氦天然气藏位于美国中部附近的地下。

现在我们知道地球上的氦是不可再生资源。如果从地下开采氦，地球通过重元素衰变产生氦需要几亿年。所以必须找到新的氦源，比如通过掌握核聚变技术或者去月球开采氦同位素氦-3。这两个方案都不可能在短时间内实现。

现在我们应该意识到，我们每充一次氦气球，就意味着地球整个自然历史创造的东西被白白送入大气层，然后被太阳风吹到星际空间空。

一些最后的想法。

氦是一种稀有而独特的元素，具有一些惊人的物理性质。当温度下降到4K时，氦会变成液体。当温度降至2k时，氦会变成超流体，具有神奇的无摩擦特性。

世界上最大的粒子加速器大型强子对撞机的过冷系统是通过液氦的循环实现的，它在创造地球上有史以来最强的磁场方面发挥了重要作用。

如果我们不在地球上保存和回收氦，未来将会出现氦的严重短缺。氦只占大气的0.00052%。你认为我们的技术将来能从大气中提取氦吗？

目前中国的工业用氦是从含氦天然气中分离出来的，含氦天然气是放射性元素经过几亿年的衰变产生的。而且中国的氦气资源也很贫乏，提取难度大，成本高。所以，我们不要轻易放过手中的氦气球，这是我们地球诞生以来经历了45亿年的稀有资源。