科学家在南非金矿田的深处，发现了一种已被封存30亿年的气体：113亿立方米氦元素

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据美媒1月6日报道，在南非金矿田的深处，一种意想不到的气体已积聚了数十亿年。对于核磁共振扫描仪和尖端研究至关重要的氦气，被封存在威特沃特斯兰德盆地的古老岩层中，其浓度在其他地方极为罕见。
在弗吉尼亚天然气项目区，富含氦气的天然气已输送至客户。据估算，该气田可能蕴藏着超过4000亿立方英尺（约合113亿立方米）的氦元素。
这使得该地点成为科学家研究氦气如何形成、如何在岩石中迁移以及如何在地下保存地质年代的天然实验室。
这项研究由格拉斯哥大学同位素科学中心的芬·斯图尔特领导。他的团队利用氦气测量来追踪气体穿过地球上一些最古老地壳的运动。
通过追踪从深部放射性矿物到现代气井的氦气路径，科学家们旨在揭示可能重塑全球寻找这种不可替代资源方式的线索。
南非地下的古老氦气
根据详细研究，在威特沃特斯兰德盆地南部，弗吉尼亚天然气项目开采的天然气中氦气含量高达12%。

基于区域地质情况，科学家认为该储层自约2.7亿年前卡鲁沉积层将其封闭以来，就一直封存着氦气。
研究团队推测，盆地下方富含铀的金矿层是氦气的主要来源，而更深处的裂隙花岗岩基底则提供了额外的来源。 ## 医院赖以生存的气体
氦气用于冷却超导磁体，这些磁体在全球医院的核磁共振扫描仪内实现无电阻导电。
由于氦气是铀和钍衰变过程中缓慢形成的，它属于不可再生资源，在人类时间尺度上无法被替代。
这种缓慢生成与快速消耗之间的不匹配，已经导致实验室、半导体制造商和医疗中心出现氦气供应紧张。
因此，一个能支持数十年氦气产出的气田，其意义远超单一矿场，影响着全球供应链的长期规划。
放射性岩石产生氦气
弗吉尼亚气田的氦气主要是放射成因的，这意味着它是由岩石中数百万年的放射性衰变产生的。
威特沃特斯兰德超群包含年龄在28亿至30亿年之间的含金矿层，这些矿层富集了铀和钍矿物。
在这些沉积层之下是花岗岩基底，这是一种由相互嵌合的矿物颗粒组成的古老结晶岩，它产生的氦气会渗入深层裂隙。
通过估算每个岩石单元的氦气贡献，研究团队能够判断气田的持续开采年限，并识别其他地区可能存在类似聚集的位置。
现代气体中的古老线索
该项目将运用岩相学技术——即对岩石薄片进行显微研究——来绘制样本中哪些矿物含有铀、钍及捕获的氦气。
研究人员将采用一种热年代学方法，通过测量矿物中氦气的累积情况，揭示哪些矿物颗粒能有效保存氦气，哪些会快速释放氦气。
苏格兰大学环境研究中心实验室的稀有气体仪器将对矿物颗粒进行加热，释放其中的同位素（即质量不同的同种元素变体），从而揭示氦气逃逸的地质时间。
通过结合岩石测量数据与钻井中的氦气和甲烷数据，研究团队将构建一个氦气生成、储存与逃逸的综合模型。
微生物、甲烷与流动水体
研究将弗吉尼亚州的甲烷归类为生物成因，即由微生物活动产生，而非高温化学反应形成。
在邻近矿区，科学家已对含有以化学物质为食的微生物的水体进行采样，相关记录见于约1.9英里（三公里）深度的宏基因组调查。
流经该盆地断层网络的地下水在深层裂缝中循环时，会携带甲烷和氦气，同时溶解盐类物质。
当这种富含气体的水体上升时，会形成甲烷气泡，裹挟氦气，并聚集在弗吉尼亚气田等构造圈闭中。
伦纳根公司已在其低温氦气工厂解决了冷却技术难题，实现了-452°F（约 233.3°C）（-269°C）的低温，从而能在现场生产液态氦。
伦纳根公司首席执行官斯特凡诺·马拉尼表示：“这种务实方案将持续实施，直至我们的工厂接近达到设计产能。”
一期工厂设计产能为每日生产液化天然气及约770磅液态氦。
随着产量提升，使氦气产出数据与地质模型相匹配，对于重建客户信心和规划二期工程至关重要。
招募氦气追踪者
格拉斯哥大学正在招募一名博士研究员，以全额资助博士项目的形式开展此项氦气研究。
该项目面向处于职业初期的物理科学家，要求其深度参与这项为期数年的研究工作。
该职位不仅限于分析现有数据集，更侧重于实地采样、实验室测量，以及与学术界和产业界合作伙伴的紧密协作。
研究员将成为推进这项工作的核心执行者，把地质理论转化为实际测量数据，从而阐释古老氦气如何运移至弗吉尼亚气田。
博士研究员将负责采集岩石样本、制备薄片，并记录控制气体储存的关键矿物组成与结构特征。
在实验室中，该学生将测量铀、钍和氦在不同岩石类型中的保留情况，随后将结果与气井中的气体成分进行比较。
在苏格兰大学环境研究中心实验室的工作，将使这位博士研究员接受质谱仪操作培训。质谱仪是一种按质量分离离子的仪器，用于测量氦和惰性气体。
在伦纳根公司的实习将提供氦气实操经验，并将岩石化学模式研究的地球化学领域与气田运营实践相结合。
氦气指引未来钻探方向
理解氦气如何迁移至弗吉尼亚地质构造，可能有助于地质学家锁定克拉通——即古老稳定的大陆地壳核心区域，那里的断裂岩层封存着氦气。
在此类储层中，独特的惰性气体特征（即氦与其他惰性气体的比例）可以指示该气田是否长期保持封闭状态。
弗吉尼亚州的研究可能有助于科学家更精确地估算，当运营商向用于封存的深层含水层注入二氧化碳时，会释放出多少氦气。
由于氦气具有惰性且易于测量，其信号可以追踪注入的二氧化碳是留在地下还是泄漏至地表。
威特沃特斯兰德地区的氦气故事，将古老地壳中的放射性衰变、地下数英里处的微生物生命，与当今对燃料和可靠医学成像的需求联系了起来。
科学家们可以将弗吉尼亚天然气项目作为实验室，研究地质因素与工程因素在开发富氦资源过程中如何相互作用。
随着氦气模型的完善，企业和监管机构将能更好地理解弗吉尼亚资源可能持续开采的年限，以及应以何种审慎程度进行开采。
从南非这一地区获得的经验，可为未来在全球其他古老地质区域寻找富氦气田提供指引。
（原标题：Scientists track a gas that has been trapped for three billion years）

lovejuan0104

发财了

922b3eb6

🇺🇸马上就会去，你们小心点吧，别说我没提醒你们

dsfgdsg

讲南非金矿，忽然变成美国弗吉尼亚州！好象风马牛不相及吧！精神错乱？

superzhzh

又是美帝的下一个格陵兰？

mulunbo

一会美军开着F22闻着味就过去。

hnn

老美又准备过来武力抢夺了。

cjlcjl

厉害了，这些是可以生产氦弹的原料呀！

月光如水

美媒报道？完了完了，美国夺完格兰陵岛就夺你南非

oppledr

咱们得想办法与南非接触试试，就这一氦气资源进行探讨共同研究与合作开发才是～咱们不应该缺席这个项目研究的～