Opinión


La paradoja del helio

La paradoja del helio | La Crónica de Hoy

*Luis F. Rodríguez

 

Después del hidrógeno, el helio es el elemento químico más abundante en el Universo. Paradójicamente, es muy escaso en la Tierra y el existente se va perdiendo al elevarse en la atmósfera y escapar al espacio. Quizás a nadie le preocuparía esto si no fuera porque el helio tiene muchos usos industriales y en particular sirve para enfriar a temperaturas muy bajas los electroimanes que forman parte esencial de los equipos de resonancia magnética. Sin helio, esta poderosa técnica médica no sería posible.

Cuando hace 4,600 millones de años se formó nuestro Sistema Solar lo hizo de una nube de gas en la que dominaban el hidrógeno y el helio. Esta composición química es herencia de la Gran Explosión, el evento con que inició el Universo. El cuerpo que sería el Sol se formó en el centro de una estructura en rotación que se conoce como un disco protoplanetario (porque de ella se formarán los planetas). Con su gran fuerza de gravedad, el Sol retuvo atrapados gravitacionalmente al hidrógeno y al helio así como a todos los elementos presentes. Lo mismo ocurrió con los planetas gigantes de la parte exterior del Sistema Solar y de los que Júpiter es el ejemplo.

Pero los relativamente pequeños planetas internos, Mercurio, Venus, la Tierra y Marte perdieron estos dos elementos, los más ligeros de la Tabla Periódica. Sólo quedaron en ellos los núcleos rocosos hechos de elementos más pesados, que por esto se mueven más lento en su forma gaseosa y es más difícil que escapen al espacio. Pero el hidrógeno y el helio son muy ligeros y escaparon.

En su inicio la Tierra se formó “seca”, sin vapor de agua que pudiera condensarse en agua. Afortunadamente, chocaron con la Tierra cuerpos de las partes externas y frías del Sistema Solar, cometas y asteroides, que trajeron hielo a la Tierra y que formaron los océanos. El agua es una molécula formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno y esto resolvió el problema de la falta de hidrógeno. Ahora tenemos importantes cantidades de agua en el planeta y es muy fácil, con técnicas de electrólisis, separar el hidrógeno del oxígeno y contar con grandes cantidades de los dos.

Pero la historia del helio fue muy distinta. En condiciones normales no se asocia con otros átomos, es un gas “noble”. Pero el helio pagó cara esta preferencia al aislamiento: al no poder asociarse a otros átomos más pesados se fue elevando y acabó perdiéndose en la vastedad del espacio. Si se hubiera combinado con otros átomos para formar moléculas relativamente pesadas, lo seguiríamos teniendo abundantemente en la Tierra.

Si la Tierra temprana perdió todo su helio, ¿de dónde viene el helio que usamos ahora? La corteza terrestre, la capa sólida más externa de la Tierra, está formada principalmente de silicatos (compuestos de silicio y oxígeno), pero contiene muchos elementos en pequeñas cantidades, en particular uranio y torio, dos de los elementos naturales más pesados. Como la mayoría de los elementos químicos, éstos no se formaron durante la Gran Explosión, sino posteriormente en el interior de las estrellas o en su caso en explosiones estelares llamadas supernova. Estos elementos son inestables y pueden decaer radioactivamente expulsando núcleos de helio, los cuales chocan con la roca circundante y se apropian de dos electrones para transformarse en un átomo neutro de helio.

Si la roca que rodea a este proceso es muy porosa, el helio se escapa a la atmósfera y de ahí al espacio exterior. Pero en ciertos sitios privilegiados la roca es muy densa y retiene al helio en forma gaseosa. En la búsqueda de petróleo y gas natural, las perforaciones a veces se encuentran con espacios en la roca que tiene atrapadas cantidades importantes de helio, generalmente mezcladas con otros gases.

Con el paso del tiempo y el desarrollo tecnológico surgieron muchos usos para el helio. Posiblemente el más importante en la actualidad aprovecha una característica única del helio. Bajo presiones atmosféricas todos los elementos de la Tabla Periódica, menos el helio, se solidifican a temperaturas lo suficientemente bajas. Pero el helio es siempre líquido. Esta propiedad lo hace ideal para usarlo como refrigerante y mantener las cosas a muy bajas temperaturas y de hecho lograr que alcancen una propiedad conocida como la superconductividad, con la cual se mantiene una corriente eléctrica sin necesidad de proporcionar nueva energía.

Una de las herramientas de diagnóstico médico más poderosa es la obtención de imágenes por resonancia magnética. Y aquí es donde el helio juega un papel crucial. Si colocamos a un ser humano, o a cualquier tejido que contenga agua, en un campo magnético de gran intensidad, los protones de los átomos de hidrógeno se alinearán con el campo magnético de igual manera que la aguja de una brújula se alinea con el campo magnético de la Tierra. De manera muy simplificada, si les mandamos un pulso de radiación electromagnética, los protones absorberán energía que radiarán inmediatamente después y que puede detectarse y analizarse. Con esta técnica se pueden obtener cortes del interior del cuerpo humano en cualquier orientación con gran capacidad de detalle. Por ejemplo, los tumores tienen diferente densidad de agua que el tejido sano y se hacen evidentes en las imágenes de resonancia magnética.

Para que la unidad de resonancia magnética funcione se necesita que su electroimán produzca campos magnéticos decenas de miles de veces más intensos que el campo magnético natural de la Tierra. La única manera práctica de lograr campos magnéticos tan grandes es con un electroimán superconductor. Los cables de este electroimán están sumergidos en helio líquido, lo cual los hace superconductores. Una carga, usualmente de unos 2 mil litros, dura varios años si no se presenta un problema.

El helio es entonces un recurso no renovable con muchos usos. Por ejemplo, se utiliza para inflar globos para fiestas. No se trata de ser aguafiestas, pero habría que pensar en un modo de sustituir este uso que se lleva el 8% de la producción mundial. Se han logrado mejorar los contenedores de helio de modo que la pérdida a la atmósfera es mínima y se buscan maneras de enfriar que no requieran tanto helio. También ha ayudado que, como en el caso del petróleo, afortunadamente se continúan encontrando nuevas reservas. Aprovechemos esta tregua que nos da la naturaleza para buscar una solución a largo plazo.

 

Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM

El Colegio Nacional

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