Ada jaringan luas tanaman helium dan jaringan pipa yang terletak di atas di mana Amerika Serikat memiliki simpanan helium yang kaya secara alami, tetapi jika kita tidak melestarikannya, akan diperlukan ratusan juta tahun untuk mengisi kembali. Kredit gambar: Biro Pengelolaan Lahan.

Dunia membuang-buang helium kita yang tak tergantikan, dan tidak ada yang peduli

Ini belum terlambat untuk mengubah arah, tetapi kita menuju ke arah yang salah lebih cepat dari sebelumnya.

"Oh Indah untuk langit berasap, butiran insektisida, Untuk keagungan gunung yang ditambang di atas dataran aspal. Amerika, Amerika, manusia menumpahkan limbahnya kepadamu, dan menyembunyikan pinus dengan papan reklame, dari laut ke laut berminyak. ” -George Carlin

Ketika Helium ditemukan di Bumi, sifat uniknya segera dipinjamkan untuk penggunaan ilmiah. Sebagai gas yang lebih ringan dari udara, dapat digunakan untuk daya apung atau bahkan pengangkatan. Karena non-reaktif dan lembam, ini dapat digunakan pada suhu tinggi dan di lingkungan yang kaya oksigen tanpa risiko ledakan. Kecepatan suara di helium hampir tiga kali lebih besar daripada di udara, yang mengarah ke aplikasi akustik. Dan pada tekanan atmosfer tetapi pada suhu rendah, itu mencair tetapi tidak pernah membeku, menjadikannya pendingin utama untuk akselerator partikel, mesin MRI, dan superkonduktor. Namun, jumlah helium sangat terbatas di permukaan bumi, dan kami tidak berusaha melestarikannya. Kami menyia-nyiakannya untuk balon dan pesta ulang tahun, dan Cadangan Helium Nasional telah diperintahkan untuk menjual diri. Jika kita tidak melakukan sesuatu yang berbeda, kita menghadapi bahaya melelahkan pasokan dunia.

Pemindai MRI klinis lapangan tinggi modern, yang mencapai medan magnet 3 Tesla. Kekuatan medan tersebut hanya dapat dicapai dengan magnet superkonduktor, yang mengharuskan penggunaan helium cair. Mesin MRI adalah penggunaan helium medis atau ilmiah terbesar saat ini. Kredit gambar: pengguna Wikimedia Commons KasugaHuang.

Helium mungkin merupakan unsur paling melimpah kedua di alam semesta, tetapi cukup langka di Bumi. Unsur teringan kedua dalam tabel periodik, dinamai untuk Helios, dewa matahari Yunani kuno, karena ditemukan di Matahari, secara spektroskopi, sebelum pernah ditemukan di Bumi. Tidak sampai 1882, di mana garis spektral unik yang sama terlihat di lava yang mengalir dari letusan Gunung Vesuvius. Itu diisolasi beberapa tahun kemudian dengan secara kimiawi memperlakukan batuan beku, yang memisahkan gas-gas mulia dari atom-atom yang terikat dengan mereka.

Fasilitas ekstraksi helium di Amarillo, TX. Setiap helium yang meninggalkan tanaman mengapung ke atas atmosfer, di mana ia cenderung berinteraksi dengan sinar matahari dan berakhir di ruang antarplanet. Kredit gambar: Jennifer Tutop, BLM New Mexico Intern.

Tapi helium terlalu ringan untuk hidup di Bumi dalam waktu lama. Setelah mencapai permukaan dalam fase gas - setelah keluar dari batu dan membuatnya ke atmosfer - hanya masalah waktu sebelum ditendang ke ruang antarplanet. Helium lebih ringan daripada semua gas lain di atmosfer Bumi, dan seiring waktu ia naik ke bagian paling atas dari eksosfer: perbatasan antara atom-atom paling renggang di Bumi dan kekosongan ruang itu sendiri. Pada ketinggian yang luar biasa ini, tendangan kuat dari sinar matahari atau partikel angin matahari cukup untuk mendorong atom helium melewati kecepatan lepasnya, dan lepas dari Bumi selamanya. Setiap jumlah besar helium yang terbentuk dengan Bumi telah dikeluarkan dari planet kita sejak lama, di mana fraksi helium saat ini dari atmosfer kita adalah 0,00052%.

Sifat-sifat unsur unik Helium, seperti sifat cairnya pada suhu yang sangat rendah dan sifat superfluidnya, memberikannya aplikasi ilmiah yang unik. Kredit gambar: Alfred Leitner.

Ironisnya, cara Anda membentuk helium di Bumi jauh di dalam planet ini, tempat unsur terberat berada. Sementara sebagian besar yang menyusun Bumi stabil - unsur-unsur seperti besi, nikel, silikon, oksigen, belerang, timah dan banyak lagi - ada beberapa pengecualian penting. Elemen-elemen seperti radium, thorium dan uranium, sementara mereka mungkin menyusun kurang dari 1% Bumi, memiliki persamaan terbesar Einstein yang dikodekan ke dalam nukleusnya: E = mc2. Unsur-unsur ini tidak stabil, mereka meluruh secara radioaktif, dan ketika mereka lakukan, mereka mengubah sebagian kecil massa mereka menjadi energi melalui aturan yang tepat, E = mc2.

Saat elemen terberat mengalami peluruhan alfa, memancarkan inti helium-4, sistem total memiliki energi ikat keseluruhan yang lebih besar, yang berarti peluruhan ini melepaskan energi menurut Einstein E = mc². Kredit gambar: Fastfission pengguna Wikimedia Commons.

Elemen-elemen yang disebutkan di atas meluruh melalui proses yang dikenal sebagai peluruhan α, di mana nukleus yang berat memancarkan dua proton dan dua neutron yang terikat bersama, sering berpartisipasi dalam rantai peluruhan di mana banyak peluruhan α terjadi berturut-turut. Yang menarik adalah konfigurasi (partikel-a) dari dua proton dan dua neutron, yang terikat bersama, juga merupakan inti helium! Jika Anda melihat planet ini secara keseluruhan, sekitar 50% dari panas yang dihasilkan oleh Bumi sendiri berasal dari kontraksi gravitasi, sedangkan 50% lainnya berasal dari peluruhan radioaktif. Jauh di dalam bumi, peluruhan unsur-unsur berat ini berarti bahwa seluruh planet kita adalah pabrik helium yang sangat lambat.

Peluruhan alfa adalah proses di mana inti atom yang lebih berat memancarkan partikel alfa (helium nucleus), menghasilkan konfigurasi yang lebih stabil dan melepaskan energi. Kredit gambar: Laboratorium Fisika Nuklir, Universitas Siprus.

Tetapi elemen-elemen ini biasanya memiliki waktu paruh miliaran tahun. Pada skala waktu umur manusia, helium yang dihasilkan oleh peluruhan radioaktif dapat diabaikan. Diperlukan ratusan juta tahun untuk menghasilkan helium bawah tanah dalam jumlah besar. Setelah kami mengekstraknya, kami harus menunggu ratusan juta tahun lagi untuk toko-toko ini untuk mengisi sendiri. Teknik eksplorasi baru-baru ini telah menemukan beberapa simpanan baru helium alami, seperti pasokan yang ditemukan di Tanzania tahun lalu, dapat membantu mempertahankan status quo sedikit lebih lama, tetapi kami sudah merasakan krisis.

Para ilmuwan mempelajari abu dari letusan gunung berapi Ol Doinyo Lengai baru-baru ini di Tanzania. Kredit gambar: Domain Publik.

Semakin banyak aplikasi medis dan ilmiah untuk helium muncul, konsekuensi dari tidak memiliki persediaan yang cukup besar menjadi mengganggu. Helium adalah sumber daya yang terbatas di Bumi, dan semakin lama kita mulai melestarikan simpanan Bumi dengan sungguh-sungguh, semakin kita pasti dan parah akan mengalami kekurangan di masa depan. Tentu saja, ada pilihan lain untuk memanennya, tetapi semuanya mahal secara astronomis. Mengekstraksi helium dari atmosfer adalah mungkin - seperti mencuri dari dunia lain - tetapi kita mendapat satu kesempatan ditembak di Bumi untuk hanya menggali di tempat yang tepat dan kemudian mengandungnya. Setiap atom yang kita hilangkan karena kesembronoan adalah atom lain yang suatu hari nanti akan kita paksa panen dengan cara yang jauh lebih sulit.

Balon helium, tempat sebagian besar helium di dalamnya akan lepas dari Bumi. Kredit gambar: HilkeFromm / Pixabay.

Helium mungkin berlimpah di Alam Semesta, tetapi jarang dan berharga dalam arti bahwa dunia ini hanya memberi kita kesempatan sekali saja untuk menyimpannya dengan mudah, mudah diakses, dan berlimpah. Setelah kita buang, itu hilang selamanya, membuat setiap simpanan helium bawah tanah yang terjangkau menjadi jauh lebih berharga.

Starts With A Bang sekarang ada di Forbes, dan diterbitkan ulang di Medium berkat para pendukung Patreon kami. Ethan telah menulis dua buku, Beyond The Galaxy, dan Treknology: The Science of Star Trek dari Tricorders ke Warp Drive!