Existe uma extensa rede de usinas e oleodutos de hélio localizados acima dos EUA, onde os Estados Unidos possuem um estoque naturalmente rico de hélio, mas se não o conservarmos, levará centenas de milhões de anos para reabastecer. Crédito da imagem: Bureau of Land Management.

O mundo está desperdiçando nosso hélio insubstituível, e ninguém se importa

Ainda não é tarde para mudar de rumo, mas estamos indo na direção errada mais rápido do que nunca.

“Oh, lindo para o céu embaçado, grãos inseticidas, para a majestade das montanhas minadas acima da planície de asfalto. América, América, o homem derrama seu lixo em ti, e esconde os pinheiros com cartazes, de mar a mar oleoso. ” -George Carlin

Quando o hélio foi descoberto na Terra, suas propriedades únicas imediatamente se prestaram a usos científicos. Como um gás mais leve que o ar, poderia ser usado para flutuabilidade ou até levitação. Por ser não reativo e inerte, pode ser usado em altas temperaturas e em ambientes ricos em oxigênio sem risco de explosão. A velocidade do som é quase três vezes maior em hélio do que no ar, levando a aplicações acústicas. E à pressão atmosférica, mas a baixas temperaturas, liquefaz, mas nunca solidifica, tornando-o o melhor fluido de arrefecimento para aceleradores de partículas, máquinas de ressonância magnética e supercondutores. No entanto, o hélio é extremamente limitado em abundância na superfície da Terra, e não estamos fazendo nenhum esforço para conservá-lo. Nós o desperdiçamos em balões e festas de aniversário, e a Reserva Nacional de Hélio foi condenada a se vender. Se não fizermos algo diferente, corremos o risco de esgotar o suprimento mundial.

Um moderno scanner de ressonância magnética de alto campo, que atinge campos magnéticos de 3 Tesla. Essas forças de campo só podem ser alcançadas com ímãs supercondutores, que requerem o uso de hélio líquido. As máquinas de ressonância magnética são o maior uso médico ou científico de hélio atualmente. Crédito de imagem: KasugaHuang, usuário do Wikimedia Commons.

O hélio pode ser o segundo elemento mais abundante no universo, mas é uma raridade na Terra. O segundo elemento mais leve da tabela periódica, recebeu o nome de Helios, o antigo deus do sol grego, porque foi descoberto no Sol, espectroscopicamente, antes de ser encontrado na Terra. Não foi até 1882, onde a mesma linha espectral foi vista na lava que fluía de uma erupção do Monte Vesúvio. Foi isolado alguns anos depois, tratando quimicamente rochas ígneas, que separavam os gases nobres dos átomos com os quais estavam ligados.

Uma instalação de extração de hélio em Amarillo, TX. Qualquer hélio que sai da planta flutua para o topo da atmosfera, onde é provável que ele interaja com a luz solar e acabe no espaço interplanetário. Crédito da imagem: Jennifer Tutop, estagiária do BLM New Mexico.

Mas o hélio é leve demais para existir na Terra por muito tempo. Uma vez que alcança a superfície em sua fase gasosa - uma vez que sai da rocha e entra na atmosfera - é apenas uma questão de tempo até que seja expulsa do espaço interplanetário. O hélio é mais leve que todos os outros gases na atmosfera da Terra e, com o tempo, sobe até o topo da exosfera: a fronteira entre os átomos mais tênues da Terra e o vácuo do próprio espaço. Nessas grandes alturas, um forte chute da luz solar ou de uma partícula de vento solar é suficiente para impulsionar um átomo de hélio para além da velocidade de escape e para fora da Terra para sempre. Qualquer grande quantidade de hélio com a qual a Terra se formou foi ejetada de nosso planeta há muito tempo, onde a fração atual de hélio da nossa atmosfera é escassa de 0,00052%.

As propriedades elementares únicas do hélio, como sua natureza líquida a temperaturas extremamente baixas e suas propriedades superfluídicas, oferecem aplicações científicas únicas. Crédito da imagem: Alfred Leitner.

A forma como você forma hélio na Terra, ironicamente, está profundamente dentro do planeta, onde residem os elementos mais pesados. Embora a maior parte do que compõe a Terra seja estável - elementos como ferro, níquel, silício, oxigênio, enxofre, chumbo e muito mais -, existem algumas exceções notáveis. Elementos como rádio, tório e urânio, embora possam compor menos de 1% da Terra, têm a maior equação de Einstein codificada em seus núcleos: E = mc2. Esses elementos são instáveis, decaem radioativamente e, quando o fazem, convertem uma pequena fração de sua massa em energia por meio dessa regra exata, E = mc2.

Como os elementos mais pesados ​​sofrem decaimento alfa, emitindo um núcleo de hélio-4, o sistema total possui uma energia geral de ligação maior, o que significa que esses decaimentos liberam energia de acordo com E = mc² de Einstein. Crédito de imagem: Fastfission, usuário do Wikimedia Commons.

Esses elementos acima mencionados decaem através de um processo conhecido como decaimento α, onde um núcleo pesado emite dois prótons e dois nêutrons ligados entre si, geralmente participando de uma cadeia de decaimento onde muitos decaimentos a ocorrem sucessivamente. O interessante é que a configuração (uma partícula α) de dois prótons e dois nêutrons, ligados entre si, também é um núcleo de hélio! Se você der uma olhada no planeta como um todo, aproximadamente 50% do calor gerado pela própria Terra vem da contração gravitacional, enquanto os outros 50% vêm de decaimentos radioativos. Nas profundezas da Terra, a deterioração desses elementos pesados ​​significa que todo o nosso planeta é uma fábrica de hélio muito lenta.

Um decaimento alfa é um processo em que um núcleo atômico mais pesado emite uma partícula alfa (núcleo de hélio), resultando em uma configuração mais estável e liberando energia. Crédito da imagem: Laboratório de Física Nuclear, Universidade de Chipre.

Mas esses elementos normalmente têm meia-vida de bilhões de anos. Na escala de tempo de uma vida humana, o hélio produzido por decaimentos radioativos é completamente desprezível. Demora centenas de milhões de anos para produzir quantidades substanciais de hélio no subsolo. Depois de extraí-lo, temos que esperar centenas de milhões de anos novamente para que essas lojas se reponham. Técnicas recentes de exploração descobriram algumas novas reservas de hélio natural, como o suprimento encontrado na Tanzânia no ano passado, podem ajudar a manter o status quo por mais um tempo, mas já estamos sentindo a crise.

Cientistas que estudam as cinzas de uma recente erupção do vulcão Ol Doinyo Lengai na Tanzânia. Crédito de imagem: Domínio Público.

À medida que surgem mais e mais aplicações médicas e científicas para o hélio, as consequências de não ter um suprimento grande o suficiente se tornam perturbadoras. O hélio é um recurso finito na Terra, e quanto mais tempo levarmos a conservar a sério o estoque da Terra, mais seguramente e severamente nos condenaremos a uma escassez futura. Certamente, existem outras opções para colhê-lo, mas todos são astronomicamente caros. É possível extrair hélio da atmosfera - como roubá-lo de outros mundos - mas temos uma vez na Terra uma escavação para cavar no lugar certo e depois contê-lo. Todo átomo que perdemos devido à frivolidade é outro átomo que um dia seremos forçados a colher de uma maneira muito mais difícil.

Balões de hélio, onde a grande maioria do hélio no interior escapará da Terra. Crédito da imagem: HilkeFromm / Pixabay.

O hélio pode ser abundante no universo, mas é raro e precioso, no sentido de que este mundo nos dá apenas uma chance de armazená-lo facilmente colhível, acessível e abundante. Depois que o desperdiçamos, ele se foi para sempre, tornando cada estoque subterrâneo de hélio acessível muito mais precioso.

Começa com um estrondo agora está na Forbes e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon. Ethan é autor de dois livros, Beyond The Galaxy e Treknology: The Science of Star Trek, de Tricorders a Warp Drive!