jeudi 13 décembre 2012

L'atmosphère de la Terre


"J'ai ce petit dicton, quand les choses deviennent trop lourds appelez-moi l'hélium, le gaz le plus léger connu à l'homme." - Jimi Hendrix
Hendrix, comme je vous l'ai dit une fois avant , était presque droite. Nous savons que de l'hélium, de façon classique, comme le gaz plus léger que l'air que nous remplissons les ballons dirigeables et des zeppelins, avec pour rapidement et facilement "défier la gravité", ici sur Terre.

Crédit image: Jonathan Trappe.
Au moins défiant la gravité est ce qu'il semble faire. Mais qu'est-ce qui se passe réellement, c'est que l'hélium est simplement un gaz très basse densité. Notre atmosphère, un mélange de la plupart d'azote (N 2) et l'oxygène (O 2) de gaz, a un poids moléculaire moyen de 29 ans. Avec un poids moléculaire de quatre, l'hélium est battu seulement par l'hydrogène pur (H 2) du gaz (ayant un poids moléculaire de 2) dans le département de faible densité.
Et tout comme un puits de pierre dans l'océan ou de l'huile d'olive flotte sur un verre d'eau, le principe de la flottabilité veille à ce que les matériaux moins denses finira - une fois que les effets du mélange sont négligeables (ce qu'ils sont, pour les gaz atmosphériques, sur de longues suffisamment de fois) - se trouvent en couches au sommet des matériaux de plus en plus denses.

Crédit image: Récupérée de classe Chimie Mme J.
Cela est vrai pour les solides (comme à l'intérieur de la Terre, où le noyau est plus dense que le manteau, qui est plus dense que la croûte, ce qui est plus dense que les océans et ainsi de suite), les liquides (comme illustré ci-dessus), et gaz ainsi. Pour une géante gazeuse comme Jupiter, parce que c'est tellement énorme (plusieurs centaines de fois la masse de la Terre), c'est puits gravitationnel est énorme, et même le plus léger de ses gaz atmosphériques rester lié à la planète elle-même. À l'autre extrémité extrême, la Lune et les astéroïdes sont beaucoup trop faibles dans la masse de s'accrocher à n'importe lequel de leurs gaz atmosphériques, et même le plus lourd des gaz sera expulsé de la planète grâce à l'intense rayonnement venant du Soleil.

Crédit image: extrait de http://clowder.net/hop/railroad/asteroids.html.
L'atmosphère terrestre est aujourd'hui essentiellement composée d'azote (78%), d'oxygène (21%), avec des traces d'autres gaz. Cependant, si nous pouvions revenir au moment où le système solaire a été d'abord la formation, nous aimerions découvrir que chaque planète aurait eu une atmosphère chargée avec les deux éléments les plus communs dans l'Univers: l'hydrogène et l'hélium.

Crédit image: NASA.
La grande majorité de l'hydrogène et de l'hélium aurait été confiné à l'atmosphère de la Terre, et rapidement aurait atteint les couches supérieures. D'autres atomes de carbone -, l'azote, l'oxygène et - aurait collé avec de l'hydrogène (qui est réactif) et non à l'hélium (ce qui n'est pas) pour produire du méthane, de l'ammoniac et de l'eau / vapeur d'eau. Tandis que le gaz hydrogène pur et l'hélium auraient été expulsés de la planète assez rapidement par le soleil, les gaz restants auraient collé autour pour beaucoup plus longtemps, finit par ne laissant que les composants les plus lourds de notre atmosphère.

Crédit image: GH Rieke de l'Université de l'Arizona, à l'origine du DHS international.
Maintenant, ce n'est pas un problème de «faire» l'hydrogène, nous avons océans pleins de matériau qui est 2/3 d'hydrogène. Mais qu'en est-il d'hélium?
De la naissance du système solaire, il n'y a pratiquement pas de gauche hélium sur Terre. (Pour être plus précis, l'hélium compose 0,00052% de l'atmosphère terrestre en volume.) Mais il ya beaucoup d'hélium, ici sur Terre, et cela n'a rien à voir avec l'hélium nulle part ailleurs dans le reste de l'Univers.

Crédit image: Rich Olson de http://nothinglabs.blogspot.com/.
Voici quelques échantillons radioactifs de l'uranium et du thorium, deux des éléments les plus rares dans la nature. Les isotopes les plus communs - Uranium-238 et du thorium-232 - sont radioactifs, et fera l'objet d'une chaîne de désintégration des échelles de temps de plusieurs milliards d'années.
Des milliards d'années. En d'autres termes, une échelle de temps comparable à l'âge de la Terre. Les éléments dont la durée de vie beaucoup plus courtes ont décru à présent, c'est pourquoi l'uranium (ou peut-être plutonium ) est le plus lourd naturellement l'élément, ici sur Terre, tandis que beaucoup d'autres étaient certainement autour immédiatement après l'explosion d'une supernova qui a déclenché la formation de notre système solaire, tout ce qui court vie a complètement disparu maintenant. Mais quand l'uranium et du thorium-238-232 carie, ils le font d'une façon très particulière et importante.

Crédit image: Nuclear Physics Laboratory de l'Université de Chypre.
Ils sont soumis à un processus connu sous le nom désintégration alpha , où les éléments lourds émettent une particule alpha, pour aboutir finalement à la création d'un noyau plus stable. Mais la "particule alpha" est en fait le noyau d'un atome d'hélium! Il sera très rapidement (en quelques microsecondes) ramasser quelques électrons et devenir un atome neutre d'hélium, et depuis atomes d'hélium ne réagit pas avec n'importe quoi, tout ce qu'ils allons faire, c'est tenter de relever le haut de la atmosphère.
Dont ils ne peuvent le faire si elles peuvent trouver l'ambiance! La plupart de l'uranium et du thorium dans le monde existe en profondeur, donc où il ya un uranium ou du dépôt du Thorium dans la croûte terrestre qui a été là pendant une longue période (comme, par centaines de millions d'années), vous trouverez à coup sûr une grande gisement de gaz hélium, aussi. Heureusement (peut-être) de la Terre, le plus grand dans le monde est assis carrément souterrain près du centre des États-Unis.

Crédit image: Plantes hélium et pipelines (Bureau of Land Management).
Mais nous n'avons pas reconstituer ce hélium! Nous le mien, mais une fois que nous miner ce qui est là, il faudra soit des centaines de millions d'années pour faire plus, ou nous avons besoin de trouver une nouvelle source d'hélium, comme par la maîtrise de la fusion nucléaire terrestre ou peut-être l'exploitation minière sur la Lune.
Dans le même temps, nous devons être conscients que chaque fois que nous remplissons un ballon d'hélium, nous prenons quelque chose qu'il a fallu toute l'histoire naturelle de la Terre pour créer et fondamentalement il bannir de notre planète.

Crédit image: Let Parti Ltd
L'hélium est un élément rare et unique, avec quelques propriétés étonnantes scientifiques. Il ne devient pas un liquide jusqu'à ce qu'il soit refroidi à une température de 4 degrés Kelvin, et il devient un superfluide avec des propriétés fantastiques, sans frottement quand il fait peut-être la moitié de celle de la température.

L'hélium est également utilisé pour surfusion accélérateurs de particules du monde les plus puissants (comme le LHC), et joue un rôle dans la création des champs magnétiques les plus puissants jamais atteint sur Terre.
Tant que nous ne conservons pas et recycler nos hélium, nous condamnant l'humanité à une future pénurie d'hélium, et chaque ballon, nous remplissons avec elle (ou inhaler, pour vous les adolescents) signifie que beaucoup moins d'hélium pour les générations futures, ici sur Terre . Nous avons découvert cet élément à moins de 150 ans , et le US National Reserve hélium devrait être vide en 2018, avec le reste de l'alimentation en hélium entièrement privatisée.
Je ne suis pas ici pour vous faire peur en utilisant des ballons d'hélium pas ou pour vous convaincre que nous avons besoin de la réglementation gouvernementale de la production ou de la consommation d'hélium, je vous dis simplement où provient l'hélium, et c'est pourquoi nous allons manquer de l' si nous continuons à faire les choses comme nous les faire. J'ai fait ma part en vous disant la science derrière notre hélium, le reste est à vous.

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