Los dos elementos más abundantes en el universo, el hidrógeno y el helio, representan menos del 1% de la composición de la Tierra debido a diversas razones.
A nivel cósmico, el hidrógeno es extremadamente abundante, principalmente porque se generó en grandes cantidades durante el Big Bang, según IFL Science. En los primeros instantes tras el nacimiento del universo, existía una sopa de partículas como quarks y gluones. A medida que el universo se enfrió y estabilizó, la mayor parte de la materia observable comenzó a consistir en electrones, protones y neutrones, junto con algunas partículas subatómicas más exóticas. Los electrones y protones tienden a unirse para formar hidrógeno. Una pequeña cantidad de helio y una cantidad aún menor de litio también fueron creados. La mayor parte del litio primigenio fue destruido en las estrellas, pero esas mismas estrellas fusionaron hidrógeno para formar helio y otros elementos de la tabla periódica al final de sus vidas.
Sin embargo, en la Tierra, la proporción de hidrógeno y oxígeno en los océanos es de 2:1 (con sodio, cloro y otros elementos que forman las sales provenientes de otras fuentes). Una parte de este hidrógeno se encuentra atrapado en rocas o en moléculas de carbono como el metano en la atmósfera. No obstante, en términos de proporción atómica en el planeta, el hidrógeno no es abundante. El helio es aún más escaso, hasta el punto de que nadie le prestó atención hasta que se descubrió su espectro durante un eclipse solar.
Al igual que en cualquier planeta, la Tierra se formó a partir de un disco protoplanetario compuesto principalmente de hidrógeno y helio originados en el Big Bang, junto con una pequeña cantidad de elementos más pesados fusionados en las primeras estrellas y esparcidos por la galaxia a través de explosiones de supernovas y kilonovas. El Sol y los gigantes gaseosos del sistema solar reflejan esta composición inicial, aunque gran parte del hidrógeno original del Sol ya se ha transformado en helio. La Tierra, junto con los planetas del cinturón interior, es completamente diferente.
A pesar de ser abundantes en el universo, el hidrógeno y el helio comparten la característica de ser gases extremadamente ligeros, lo que significa que fácilmente escapan de la atracción gravitacional de la Tierra. Los planetas más grandes, como Júpiter, retienen mucho más hidrógeno y helio debido a su inmensa gravedad, mientras que la gravedad de la Tierra no es lo suficientemente fuerte. Además, la Tierra está mucho más cerca del Sol que los gigantes gaseosos, lo que provoca que estos gases se calienten, adquieran más energía y, por lo tanto, sean más propensos a escapar.
El helio es particularmente raro porque es un gas noble. Rara vez se combina con otros átomos que podrían retenerlo y prevenir su fuga. La mayoría de los científicos planetarios creen que el helio original del disco planetario ya no existe en la Tierra. El helio que tenemos proviene principalmente de la desintegración radiactiva de elementos más pesados. Un tipo común de desintegración radiactiva produce partículas alfa, que consisten en dos protones y dos neutrones unidos, formando una partícula idéntica al núcleo de un átomo de helio-4. Después de ser liberadas, estas partículas alfa pueden captar electrones del entorno y convertirse en átomos de helio.
Si se liberan cerca de la superficie terrestre, los átomos de helio probablemente ascenderán a la atmósfera y finalmente escaparán al espacio. Sin embargo, el helio generado por la actividad radiactiva profunda dentro de la Tierra puede quedar atrapado en cavidades subterráneas.
Aunque el helio se asocia comúnmente con globos, tiene aplicaciones mucho más importantes, como en la refrigeración de equipos científicos y máquinas de resonancia magnética a temperaturas extremadamente bajas, donde no se pueden usar sustitutos como el nitrógeno líquido. Las reservas de helio dependen de la perforación en áreas donde el gas se ha acumulado durante millones de años. La mayor parte de las reservas de helio se recogen como un subproducto de la perforación de metano.
El hidrógeno es más abundante en la Tierra en comparación con el helio porque se combina fácilmente con otros elementos como el oxígeno. Una molécula de vapor de agua es nueve veces más pesada que una molécula de H2, lo que hace que el hidrógeno sea menos propenso a escapar. Sin embargo, la mayoría del hidrógeno en la proto-Tierra se perdió hace mucho tiempo, especialmente durante los impactos que convirtieron la superficie del planeta en un océano de magma.
