Очень своевременное и важное открытие для человечества
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.

Аппарат магнитно-резонансной томографии

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, 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 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, 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 одна из авторов научной работы, аспирантка Даремского университета Дайвина Данабалан (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, Балангида и Эяси. 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.