Новый научный метод помог найти большое месторождение гелия

Очень своевременное и важное открытие для человечества

Аппарат магнитно-резонансной томографии

Один из самых распространённых элементов во Вселенной — гелий — относительно редко встречается на Земле. До настоящего времени у учёных даже не было способа найти его месторождения.

Гелий находили только случайно, вместе с месторождениями природного газа, и добывали из того же природного газа процессом низкотемпературного разделения — так называемой фракционной перегонкой.

В то же время гелий крайне важен для науки и промышленности. В некоторых случаях это не слишком критично — никто не будет переживать, если воздушные шарики перестанут улетать в небо. Но в отдельных областях гелий практически незаменим. Например, в аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ) применяются сверхпроводящие электромагниты, работающие в жидком гелии. Это самый оптимальный хладагент, и отсутствие гелия имело бы неприятные последствия.

Кроме магнитно-резонансной томографии, жидкий гелий применяется в качестве хладагента для охлаждения сверхпроводящих магнитов в детекторах инфракрасного и высокочастотного излучения, сквид-магнетометрах, сканирующих туннельных микроскопах, ускорителях заряженных частиц. Например, в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе используется 96 тонн жидкого гелия для поддержания температуры 1,9ºK.

Жидкий гелий используют также в криостатах растворения, криогенных электрических машинах. Газообразный гелий — в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов, в пищевой промышленности (пищевая добавка E939) как пропеллент и упаковочный газ, для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты) как безопасная альтернатива водороду, в баллонах для дайвинга, для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов, для заполнения газоразрядных трубок, в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов, в качестве носителя в газовой хроматографии, для поиска утечек в трубопроводах и котлах, как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах, для продувки топливных баков жидкостных ракет и т.д.

Гелий-3 является также перспективным топливом для термоядерной энергетики в далёком будущем. Удивительно, что при такой важности гелия для науки и промышленности, а также учитывая его перспективы для энергетики, у учёных до сих пор не было эффективного поиска месторождений гелия в земной коре. Дошло до того, что некоторые специалисты даже предлагают добывать гелий из реголита на Луне ^[1], если земные запасы этого элемента истощатся.

До последнего времени ни одного месторождения гелия не было найдено целенаправленно — только случайно, в маленьких количествах, вместе с нефтью и газом.

Теперь ситуация наконец-то сдвинулась с мёртвой точкой. Группа учёных из Оксфордского и Даремского университетов (Великобритания) совместно с норвежской гелиодобывающей компанией Helium One ^[2] разработали совершенно новый метод обнаружения газовых месторождений — и с его помощью нашли первое настоящее месторождение гелия (на территории африканского государства Танзания).

Учёные начали с теоретической работы. Они изучили, как в процессе вулканической активности древние минеральные породы в земной коре разогреваются в достаточной степени, чтобы освободить содержащийся в них гелий.

Для исследования авторы выбрали Танзанийскую Восточно-Африканскую рифтовую долину (Великую рифтовую долину), где движение континентов порождает вулканическую активность и создаёт трещины в земной коре, обнажая древнейшие минеральные породы. Кстати, среди этих пород учёные недавно нашли окаменелые останки самой древней на Земле фермы возрастом 25 миллионов лет ^[3], там термиты культивировали грибы для пропитания своей колонии.

Расположение Великой рифтовой долины

Как видим, Великая рифтовая долина полезна не только для эволюционной истории, но и для других областей науки и промышленности. Именно там нашли месторождение гелия.

Результаты исследования представила ^[4] одна из авторов научной работы, аспирантка Даремского университета Дайвина Данабалан ^[5] (Diveena Danabalan) на Гольдшмидтовской конференции по геохимии в Иокогаме (Япония).

«Мы показали, что вулканическая активность в рифте имеет важное значение для формирования ощутимых резервуаров гелия, — объяснила аспирантка. — Вероятно, вулканическая активность обеспечивает достаточно тепла, чтобы освободить гелий, накопленных в древних породах. Однако, если газовые ловушки находятся слишком близко к определённому вулкану, то существует риск смешивания гелия с вулканическими газами, такими как углекислый газ, в точности так же, как мы наблюдаем в термальных источниках этого региона». Сейчас учёные работают над тем, чтобы определить местоположение самой благоприятной, «идеальной» зоны между древней породой и современными вулканами, где присутствуют наилучшие условия для формирования резервуаров чистого гелия.

Найти месторождение гелия в Танзании помогла случайная наводка — на территории Танзанийской Восточно-Африканской рифтовой долины были места, где прямо из почвы выделялся гелий и водород. Вооружённые новой геологической теорией о формировании месторождений, учёные сделали смелое предположение, что под землёй находятся богатые запасы гелия. Так оно и вышло.

Месторождения гелия в Танзании: Руква ^[6], Балангида и Эяси ^[7]. Карта компании Helium One

Независимые эксперты оценили вероятные запасы гелия одного только месторождения в Рукве в 1,528 млрд кубометров. Этого хватит, чтобы заполнить жидким гелием 1,2 миллиона аппаратов для магнитно-резонансной томографии.

Но самое главное, что новый метод используют для поиска новых месторождений, которые сейчас нужны как никогда. Мировое потребление гелия составляет 226 млн кубометров в год, а в крупнейшем в мире резервуаре — Федеральном стратегическом резерве гелия США (United States Federal Helium Reserve) — осталось всего 685 млн кубометров гелия. При этом общие известные запасы гелия в США составляют примерно 4,3 млрд кубометров.

Таким образом, открытие британских и норвежских геохимиков придётся весьма кстати для мировой экономики, науки и технологий. Возможно, хотя бы на несколько десятилетий человечество обеспечит себя гелием, даже с учётом роста потребления.

Автор: alizar

Источник ^[8]