ഭൂമി വിട്ടുപോകുന്ന വാതകം: ഹീലിയം എന്ന അമൂല്യ പ്രപഞ്ചനിധി

നമ്മുടെ പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഏറ്റവും വിചിത്രവും കൗതുകകരവുമായ മൂലകങ്ങളിൽ ഒന്നാണ് ഹീലിയം. ഹൈഡ്രജൻ കഴിഞ്ഞാൽ ഈ പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഏറ്റവും അധികം കാണപ്പെടുന്ന രണ്ടാമത്തെ മൂലകമാണിത്. നക്ഷത്രങ്ങളുടെയും നെബുലകളുടെയും കാൽ ഭാഗത്തോളം (25 ശതമാനം) ഹീലിയം ആണെന്ന് ശാസ്ത്രം വ്യക്തമാക്കുന്നു. എന്നാൽ, പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഇത്രയധികം സുലഭമായിട്ടും നമ്മുടെ ഭൂമിയിൽ ഹീലിയം അതീവ ദുർലഭമാണ്. ഈ വൈരുദ്ധ്യത്തെയാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞർ "ഹീലിയം പാരഡോക്സ്" (Helium Paradox) എന്ന് വിളിക്കുന്നത്. ഒരു ചെറിയ കുട്ടിയുടെ കയ്യിലിരിക്കുന്ന ബലൂൺ പൊട്ടിയാൽ, അതിൽ നിന്നും പുറത്തു വരുന്ന ഹീലിയം വായുവിൽ കലരുകയല്ല ചെയ്യുന്നത്, മറിച്ച് അത് ഭൂമിയുടെ അന്തരീക്ഷം ഭേദിച്ച് ശൂന്യാകാശത്തേക്ക് എന്നെന്നേക്കുമായി യാത്രയാകുകയാണ്. ഒരിക്കൽ നഷ്ടപ്പെട്ടാൽ പിന്നീട് ഭൂമിയിലേക്ക് തിരിച്ചു വരാത്ത ഈ മൂലകത്തിന്റെ അമൂല്യതയും ശാസ്ത്രീയ പ്രാധാന്യവുമാണ് ഈ ലേഖനം പരിശോധിക്കുന്നത്.

ഹീലിയത്തിന്റെ ഉത്ഭവം തേടിയുള്ള യാത്ര നമ്മെ പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ തുടക്കത്തിലേക്കാണ് എത്തിക്കുന്നത്. ഏകദേശം 1400 കോടി വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ് നടന്ന ബിഗ് ബാങ്ങിന് ശേഷമുള്ള ആദ്യ നിമിഷങ്ങളിൽ, പ്രപഞ്ചം അത്യന്തം ചൂടുള്ളതും സാന്ദ്രത ഏറിയതുമായിരുന്നു. പ്രപഞ്ചം തണുക്കാൻ തുടങ്ങിയപ്പോൾ പ്രോട്ടോണുകളും ന്യൂട്രോണുകളും കൂടിച്ചേർന്ന് ആദ്യത്തെ ആറ്റങ്ങൾ രൂപപ്പെട്ടു. ഈ പ്രക്രിയയെ "ബിഗ് ബാങ് ന്യൂക്ലിയോസിന്തസിസ്" എന്ന് വിളിക്കുന്നു. ആ നിമിഷങ്ങളിലാണ് പ്രപഞ്ചത്തിലെ ഭൂരിഭാഗം ഹൈഡ്രജനും ഹീലിയവും ഉണ്ടായത്. ബിഗ് ബാങ്ങിൽ മാത്രം തീരുന്നില്ല ഹീലിയത്തിന്റെ നിർമ്മാണം. ഇന്നും നക്ഷത്രങ്ങൾ ഓരോ സെക്കൻഡിലും പുതിയ ഹീലിയം നിർമ്മിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. നക്ഷത്രങ്ങളുടെ ഉള്ളിലെ അതിഭീമമായ മർദ്ദത്തിലും ചൂടിലും ഹൈഡ്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ കൂടിച്ചേർന്ന് ഹീലിയമായി മാറുന്ന "ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ" (Nuclear Fusion) നടക്കുന്നു. നമ്മുടെ സൂര്യൻ ഓരോ സെക്കൻഡിലും ഏകദേശം 600 ദശലക്ഷം ടൺ ഹൈഡ്രജനെയാണ് ഇത്തരത്തിൽ ഹീലിയമാക്കി മാറ്റുന്നത്. ഈ പ്രക്രിയയിൽ പുറത്തു വരുന്ന ഊർജ്ജമാണ് ഭൂമിയിലെ ജീവൻ നിലനിർത്തുന്നത്.

പ്രപഞ്ചത്തിൽ ഇത്ര സുലഭമായ ഹീലിയം ഭൂമിയിൽ നിന്നും രക്ഷപ്പെടുന്നതിന് പിന്നിൽ "ജീൻസ് എസ്കേപ്പ് മെക്കാനിസം" (Jeans' escape mechanism) എന്നൊരു പ്രതിഭാസമുണ്ട്. ഇതിന് പ്രധാനമായും രണ്ട് കാരണങ്ങളാണുള്ളത്. ഒന്ന്, ഹീലിയത്തിന്റെ ഭാരക്കുറവ്. ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ഭാരം കുറഞ്ഞ രണ്ടാമത്തെ മൂലകമാണിത്. രണ്ട്, ഹീലിയം ആറ്റങ്ങളുടെ വേഗത. ഭാരം കുറവായതുകൊണ്ട് തന്നെ അന്തരീക്ഷ താപനിലയിൽ ഹീലിയം ആറ്റങ്ങൾ അതീവ വേഗതയിലാണ് സഞ്ചരിക്കുന്നത്. ഭൂമിയുടെ ഗുരുത്വാകർഷണ ബലത്തിന് ഈ അതിവേഗ ആറ്റങ്ങളെ അന്തരീക്ഷത്തിൽ കെട്ടിയിടാൻ കഴിയില്ല. അന്തരീക്ഷത്തിന്റെ ഏറ്റവും മുകളിലത്തെ പാളിയായ എക്സോസ്ഫിയറിൽ എത്തുമ്പോൾ, ഈ ആറ്റങ്ങൾ ഭൂമിയുടെ ഗുരുത്വാകർഷണ വലയത്തിൽ നിന്നും രക്ഷപ്പെടാനുള്ള വേഗത (Escape Velocity) കൈവരിക്കുകയും ശൂന്യാകാശത്തേക്ക് ഒഴുകിപ്പോകുകയും ചെയ്യുന്നു. കഴിഞ്ഞ 450 കോടി വർഷങ്ങളായി ഭൂമിയിൽ ഈ പ്രക്രിയ നടന്നു കൊണ്ടിരിക്കുന്നതിനാലാണ് അന്തരീക്ഷത്തിൽ ഹീലിയം ഇല്ലാത്തത്.

അന്തരീക്ഷത്തിലുള്ള ഹീലിയം മുഴുവൻ നഷ്ടപ്പെട്ടിട്ടും നമുക്ക് എങ്ങനെ ഇപ്പോഴും ഹീലിയം ലഭ്യമാകുന്നു എന്ന ചോദ്യത്തിന് മറുപടി ഭൂമിക്കടിയിലെ പാറകളിലുണ്ട്. യുറേനിയം, തോറിയം തുടങ്ങിയ ഭാരമേറിയ മൂലകങ്ങളുടെ റേഡിയോ ആക്റ്റീവ് ശോഷണം (Radioactive Decay) മൂലമാണ് പുതിയ ഹീലിയം ഉണ്ടാകുന്നത്. ഈ മൂലകങ്ങൾ തകരുമ്പോൾ "ആൽഫ പാർട്ടിക്കിൾസ്" പുറത്തു വിടുന്നു. ഈ ആൽഫ പാർട്ടിക്കിൾ എന്നത് ഹീലിയത്തിന്റെ ന്യൂക്ലിയസ് തന്നെയാണ്. ഇവ പതുക്കെ ഇലക്ട്രോണുകളെ സ്വീകരിച്ച് പൂർണ്ണരൂപത്തിലുള്ള ഹീലിയം ആറ്റങ്ങളായി മാറുന്നു. കോടിക്കണക്കിന് വർഷങ്ങളായി പാറകൾക്കുള്ളിൽ നടക്കുന്ന ഈ നിശബ്ദമായ പ്രക്രിയയാണ് ഭൂമിയിലെ ഹീലിയം ശേഖരം നിലനിർത്തുന്നത്.

ഇങ്ങനെ ഉണ്ടാകുന്ന ഹീലിയം ആറ്റങ്ങൾ പാറകളിലെ ചെറിയ വിള്ളലുകളിലൂടെ മുകളിലേക്ക് സഞ്ചരിക്കും. ഹീലിയം ഒരു ഉൽകൃഷ്ടവാതകം (Noble Gas/Inert Gas) ആയതുകൊണ്ട് തന്നെ അവ വേറെ മൂലകങ്ങളുമായി ചേർന്ന് രാസപ്രവർത്തനത്തിൽ ഏർപ്പെടില്ല. ഈ യാത്രയ്ക്കിടയിൽ അവ സ്വാഭാവിക വാതകങ്ങൾ (Natural Gas) ശേഖരിക്കപ്പെട്ടിട്ടുള്ള ഭൂമിക്കടിയിലെ വലിയ ഗുഹകളിലോ കുഴികളിലോ എത്തിച്ചേരുന്നു. ഇതിനു മുകളിൽ കട്ടിയുള്ള പാറകളോ ഉപ്പുപാളികളോ ഒരു അടപ്പ് പോലെ പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനാൽ ഇവ അവിടെ കുടുങ്ങിക്കിടക്കുന്നു. പെട്രോളിയം അല്ലെങ്കിൽ നാച്ചുറൽ ഗ്യാസ് ഖനനം നടത്തുമ്പോഴാണ് മനുഷ്യൻ ഈ ഹീലിയത്തെ കണ്ടെത്തുന്നത്.

നാച്ചുറൽ ഗ്യാസ് മിശ്രിതത്തിൽ നിന്നും ഹീലിയത്തെ വേർതിരിച്ചെടുക്കാൻ "ക്രയോജനിക് സെപ്പറേഷൻ" (Cryogenic Separation) എന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഓരോ വാതകവും ദ്രാവകമായി മാറുന്ന താപനില വ്യത്യസ്തമാണ്. മിശ്രിതത്തെ വല്ലാതെ തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ മെഥേനും നൈട്രജനും ദ്രാവകമായി മാറും. എന്നാൽ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ തിളനിലയുള്ള (Boiling Point) വാതകമായ ഹീലിയം മൈനസ് 269 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെ ഗ്യാസ് ആയിത്തന്നെ തുടരും. ഈ സവിശേഷത ഉപയോഗിച്ചാണ് ഹീലിയത്തെ ശുദ്ധമായ രൂപത്തിൽ വേർതിരിച്ചെടുക്കുന്നത്.

ആധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ഹീലിയത്തിനുള്ള സ്ഥാനം പകരം വെക്കാനില്ലാത്തതാണ്. ഇതിന്റെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ഉപയോഗം "സൂപ്പർ കണ്ടക്റ്റിവിറ്റി" (Superconductivity) നിലനിർത്താനാണ്. ചില വസ്തുക്കളെ ലിക്വിഡ് ഹീലിയം ഉപയോഗിച്ച് അതീവമായി തണുപ്പിച്ചാൽ അവയിലെ വൈദ്യുത പ്രതിരോധം പൂജ്യമായി മാറുകയും വൈദ്യുതി സുഗമമായി ഒഴുകുകയും ചെയ്യും. ഈ തത്വമാണ് എം.ആർ.ഐ (MRI) മെഷീനുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. എം.ആർ.ഐ മെഷീനിലെ വമ്പൻ കാന്തങ്ങളെ തണുപ്പിച്ചു നിർത്താൻ ലിക്വിഡ് ഹീലിയം അത്യാവശ്യമാണ്. കൂടാതെ, റോക്കറ്റ് വിക്ഷേപണങ്ങളിൽ ഇന്ധന ടാങ്കുകളെ മർദ്ദത്തിലാക്കാനും (Pressurization), കമ്പ്യൂട്ടർ ചിപ്പുകളുടെയും ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് കേബിളുകളുടെയും നിർമ്മാണത്തിലും ഹീലിയം വലിയ പങ്കു വഹിക്കുന്നു.

ഹീലിയം പുനരുൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയാത്ത ഒരു വിഭവമാണ്. ഭൂമിയിൽ ഒരിക്കൽ പുറത്തുപോയാൽ അത് എന്നെന്നേക്കുമായി നഷ്ടപ്പെടും. അതുകൊണ്ട് തന്നെ ലോകരാജ്യങ്ങൾ ഇതിനെ തന്ത്രപ്രധാനമായ ഒരു വിഭവമായിട്ടാണ് കാണുന്നത്. അമേരിക്കയിലെ ടെക്സസിലുള്ള "നാഷണൽ ഹീലിയം റിസർവ്" പോലുള്ള സംഭരണശാലകളിൽ ഭൂമിക്കടിയിലെ ഉപ്പുഗുഹകളിൽ ഹീലിയം സ്റ്റോക്ക് ചെയ്തു വെച്ചിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ഹീലിയത്തിന്റെ ഉപയോഗം വർദ്ധിക്കുന്നതും ഉൽപ്പാദന പ്ലാന്റുകളിലെ അറ്റകുറ്റപ്പണികളും പലപ്പോഴും ആഗോളതലത്തിൽ ഹീലിയം ക്ഷാമത്തിന് കാരണമാകുന്നുണ്ട്. വിനോദങ്ങൾക്കായി ബലൂണുകളിൽ ഹീലിയം നിറച്ചു വിടുന്നത് ഈ വിലപ്പെട്ട വിഭവത്തെ നശിപ്പിച്ചു കളയുന്നതിന് തുല്യമാണെന്ന് പല ശാസ്ത്രജ്ഞരും മുന്നറിയിപ്പ് നൽകുന്നു.

ഭാവിയിൽ ഹീലിയം ക്ഷാമം പരിഹരിക്കാനായി പുതിയ നിക്ഷേപങ്ങൾ കണ്ടെത്താനുള്ള ശ്രമങ്ങൾ നടക്കുന്നുണ്ട്. ടാൻസാനിയയിൽ നാച്ചുറൽ ഗ്യാസിന്റെ കൂടെയല്ലാതെ ഹീലിയം മാത്രമുള്ള വൻ ശേഖരം കണ്ടെത്തിയത് പ്രതീക്ഷ നൽകുന്നതാണ്. മറ്റൊരു സാധ്യത ചന്ദ്രനാണ്. സോളാർ വിൻഡ് വഴി ചന്ദ്രന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ വൻതോതിൽ "ഹീലിയം-3" എന്ന ഐസോടോപ്പ് അടിഞ്ഞു കൂടിയിട്ടുണ്ടെന്ന് വിശ്വസിക്കപ്പെടുന്നു. ഭാവിയിലെ ന്യൂക്ലിയർ ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറുകളിൽ ഇന്ധനമായി ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒന്നാണ് ഹീലിയം-3. ചന്ദ്രനിൽ നിന്നും ഇത് ഖനനം ചെയ്ത് കൊണ്ടുവരാനുള്ള പദ്ധതികളെക്കുറിച്ച് ലോകരാഷ്ട്രങ്ങൾ ചിന്തിക്കുന്നുണ്ട്.

ഹീലിയം കേവലം ഒരു വാതകമല്ല, മറിച്ച് പ്രപഞ്ചത്തിന്റെ ഒരു നിധിയാണ്. ബിഗ് ബാങ്ങിൽ ജന്മമെടുത്ത് ഭൂമിക്കടിയിലെ പാറകളിൽ ദശലക്ഷക്കണക്കിന് വർഷം തടവിലായിരുന്ന ഈ ആറ്റങ്ങൾ നമ്മുടെ ആധുനിക ലോകത്തെ മെഷീനുകൾക്ക് ജീവൻ നൽകുന്നു. എന്നാൽ ഈ ആറ്റങ്ങളുടെ ഭൂമിയിലെ യാത്ര ഒരു "വൺ-വേ" ട്രിപ്പാണ്. ഇന്ന് നമ്മൾ അശ്രദ്ധമായി കൈകാര്യം ചെയ്യുന്ന ഓരോ ഹീലിയം ആറ്റവും ഭാവിയിൽ വലിയ സാങ്കേതിക മുന്നേറ്റങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം. ഈ അമൂല്യമായ പ്രപഞ്ച നിധിയെ കരുതലോടെ ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് വരുംതലമുറകളോടുള്ള നമ്മുടെ കടമയാണ്.