uniVersI/O



Universumin toiseksi yleisin alkuaine katoamassa Maapallolta?

Näin viikko ennen vappua on hyvä muistuttaa juhlijoita luonnonvarojen tuhlaamisesta, nimittäin heliumin. Vappupallojen lisäksi heliumia käytetään runsaasti teknologiassa, esim. puolijohteiden (joiden monien sovellutusten joukkoon kuuluu mm. tietokoneet) ja optisten kuitujen (sovelluksena tiedonsiirtoverkot eli mm. internet) valmistamisessa, rakettipolttoaineessa, magneettikuvauslaitteistoissa, teleskooppien ja suprajohtavien magneettien (sovelluksena esim. hiukkaskiihdyttimet) jäähdyttämisessä.

Aloittaaksemme tarinan heliumista, meidän on palattava aina alkuräjähdyksen ensihetkiin saakka. Tarkalleen ottaen hetkeen t=1 minuutti, jolloin alkuräjähdyksen hiukkaspuuro (kvarkki-gluoniplasma) oli jäähtynyt tarpeeksi, jotta yksittäisiä hiukkasia ja pari minuuttia myöhemmin atomin ytimiä pääsi muodostumaan. Tällä hetkellä muodostui universumin rakennusainelista, joka sisälsi enimmäkseen vedyn ytimiä eli protoneita, neljäsosa heliumin ytimiä, ja hyppysellisiä litiumin ja berylliumin ytimiä. Maailmankaikkeuden laajetessa hiukkaspuuron lämpötila laski nopeasti ja se ei enää riittänyt irroittamaan atomin ytimien neutroneita ja protoneita toisistaan. Atomeilta puuttui kuitenkin vielä elektroninsa, jotka vielä poukkoilivat ympäriinsä kunnes noin 379 000 vuoden jäähtymisen jälkeen viimein rauhoittuivat pörräämään atomin ytimien ympärillä. Tästä hetkestä eteenpäin alkuräjädyksessä syntyneet atomit ovat levittäytyneet ympäri maailmankaikkeutta, paikoin muodostaen pölyä, paikoin tähtiä ja lopulta myös planeettoja. Näin ollen näiden kappaleiden heliumpitoisuus on enemmän tai vähemmän neljäsosa koko ainemäärästä ellei heliumia pääse jostain syystä tuhoutumaan tai syntymään lisää. Todennäköisesti myös Maapallo on ollut joskus heliumrikas, mutta Auringon voimakas säteily on haihduttanut keveän heliumin pois aikoja sitten. Maapallon ilmakehässä heliumia on kuitenkin 5.2 miljoonasosaa ja jostain vappupallojen heliumkin on saatu, joten mistä sitä sitten löytyy?

Vastaus on Texasista. Ainakin enimmäkseen. Noin 20 kilometriä luoteeseen Amarillon kaupungista Texasissa löytyy geologinen muodostelma nimeltä Bush Dome, jonka alla sijaitsee yksi maailman suurimmista maakaasuesiintymistä. Kyseinen esiintymä syntyi saman tektonisen prosessin kautta kuin Rocky Mountains -vuoristo ja Yhdysvaltojen muinainen sisämeri ja se löydettiin vuonna 1903, kun Kansas Oil puhkaisi esiintymän ja havaitsi helium-rikkaan, palamattoman kaasusuihkun. Maakaasun sekaan helium on joutunut läheisten mineraalien sisältämän uraanin ja thoriumin radioaktiivisen hajoamisen kautta. Radioaktiiviset uraani ja thorium emittoivat heliumytimiä eli alfahiukkasia, jotka törmätessään kiveen nopeasti yhdistyvät elektronien kanssa ja muodostavat heliumia.

Amarillossa sijaitseva heliumin ”Fort Knox” on Federal Helium Reserve (FHR), joka perustettiin 1952 Yhdysvaltojen armeijan ilmalaivalaivueen tankkaukseen, joita ei kuitenkaan koskaan valmistettu. Kylmän sodan aikainen kilpa-avaruusvarustelu Neuvostoliiton kanssa söi heliumia ja FHR laajeni kattamaan miljardi kuutiometriä heliumia samalla velkaantuen 1.4 miljardia dollaria. Pitkään kylmän sodan jälkeen FHR tuotti 90% maailman heliumista, ja vaikka se on edelleen suurin heliumsäilö, sen varannot ovat hupenemassa. Vuodesta 2003 alkaen Yhdysvaltojen Bureau of Land Management on järjestelmällisesti myynyt pois heliumia kattaakseen FHR:n velat ja heliumreservin arvellaan loppuvan vuonna 2015.

Kuten kaikki vappujuhlijat tietävät, kun tunnelma on katossa, ainoa suunta on alaspäin. Juhlien jälkeen jokainen heliumpallo väistämättä tyhjenee hiljalleen heliumin karatessa kohti avaruutta. Optimistisesti arvioituna maailman heliumtarve kasvaa noin muutaman prosentin vuodessa, jolloin nykyiset heliumvarannot riittävät noin 40 vuodeksi. Tulevaisuudessa tuota lukua voidaan varmaan vielä suurentaa vähemmän heliumia käyttävän ja sitä enemmän talteen keräävän uuden teknologian ansiosta, mutta ottaen huomioon että ihmiskunta on törsännyt sadassa vuodessa koko Maan neljän miljardin vuoden aikana valmistetut heliumvarannot, on todennäköistä että pian voimme vilkutella hyvästit Universumin toiseksi yleisimmälle aineelle ja sen mukana myös läjälle huipputeknologisia tuotteita unohtamatta tietenkään vappupalloja.

Mainokset

Trackbacks & Pingbacks

  1. Tweets that mention Universumin toiseksi yleisin alkuaine katoamassa Maapallolta? « uniVersI/O -- Topsy.com pingbacked : 7 years, 5 months ago

Kommentit

  1. * Jere says:

    Olipa todella kiinnostava! En ollut koskaan kuullutkaan siitä, että helium on ’loppumassa’. Onko meillän mitään muita kaasuja jotka voivat ajaa sen tehtäviä teknologian parissa?

    Päiväys: 7 years, 6 months ago
  2. * Karri says:

    En osaa sanoa. Löysin yhden artikkelin Backreaction-blogista, joka käsittelee samaa aihetta ja siellä ei oltu ihan niin negatiivisia heliumin loppumisen suhteen. Todennäköisesti teknologiaan on tarjolla muitakin kaasuja, mutta kryogeniikassa helium on tärkein kaasu. Artikkelissa väläyteltiin myös heliumin keräämistä ilmakehästä, tosin se vaatii melkoisesti resursseja. Nähtäväksi jää miten heliumin puute tai sen keräämisestä johtuva kalleus tulee tulevaisuudessa vaikuttamaan teknologiaan. Vielä on hieman aikaa kehitellä vaihtoehtoja 🙂

    Päiväys: 7 years, 5 months ago


Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: