Wissenschaftler der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego haben mit einer noch nie dagewesenen Technik festgestellt, dass die Heliumkonzentration in der Atmosphäre ansteigt, und damit ein Problem gelöst, das Atmosphärenchemiker seit Jahrzehnten beschäftigt.
Die Häufigkeit des 4-Helium-Isotops (4He) in der Atmosphäre steigt an, da 4He bei der Verbrennung und Gewinnung fossiler Brennstoffe freigesetzt wird. Die Forscher berichten, dass es mit einer sehr geringen, aber zum ersten Mal deutlich messbaren Rate zunimmt. Das 4He-Isotop selbst trägt nicht zum Treibhauseffekt bei, der den Planeten erwärmt, aber seine Messung könnte als indirekter Indikator für die Nutzung fossiler Brennstoffe dienen.
Die von der National Science Foundation geförderte Studie erscheint heute in der Zeitschrift Nature Geoscience.
“Die Hauptmotivation war, eine langjährige Kontroverse in der wissenschaftlichen Gemeinschaft über die Heliumkonzentration in der Atmosphäre zu lösen”, sagte der Hauptautor der Studie, Benni Birner, ein ehemaliger Doktorand und jetziger Postdoktorand an der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego.
Das Isotop 4He entsteht durch radioaktiven Zerfall in der Erdkruste und sammelt sich in denselben Lagerstätten wie fossile Brennstoffe, insbesondere Erdgas. Bei der Gewinnung und Verbrennung fossiler Brennstoffe wird zufällig 4He freigesetzt, was ein weiteres Mittel zur Bewertung des Ausmaßes der industriellen Tätigkeit darstellt.
Der Durchbruch der Studie liegt in der Technik, die das Scripps Oceanography Team zur Messung des Heliumgehalts in der Atmosphäre eingesetzt hat. Birner und die Scripps-Geowissenschaftler Jeff Severinghaus, Bill Paplawsky und Ralph Keeling haben eine präzise Methode entwickelt, um das 4He-Isotop mit dem Gehalt des gewöhnlichen atmosphärischen Gases Stickstoff zu vergleichen. Da der Stickstoffgehalt in der Atmosphäre konstant ist, ist ein Anstieg von He/N2 ein Indikator für die Geschwindigkeit der 4He-Anreicherung in der Atmosphäre.
Ralph Keeling, Mitautor der Studie und Geochemiker an der Scripps Oceanography, der die als Keeling-Kurve bekannte Messung des Kohlendioxidgehalts beaufsichtigte, bezeichnete die Studie als ein “Meisterwerk der grundlegenden Geochemie”. Obwohl Helium für Wissenschaftler relativ leicht in Luftproben nachweisbar ist, da es in Konzentrationen von fünf Teilen pro Million in der Luft vorhanden ist, hatte niemand die Arbeit gemacht, es sorgfältig genug zu messen, um einen Anstieg in der Atmosphäre zu beobachten, sagte er.
Die Studie bietet Wissenschaftlern auch eine Grundlage für ein besseres Verständnis des wertvollen Isotops 3-Helium (3He), das für die Kernfusion, die Kryotechnik und andere Anwendungen genutzt wird. Vorschläge zum Erwerb des knappen Gases vom Mond sind ein Hinweis darauf, wie weit die Hersteller gehen werden, um es zu gewinnen.
Nach früheren Arbeiten anderer Forscher kommt das 4He-Isotop in der Atmosphäre in einem scheinbar gleichbleibenden Verhältnis zu 3He vor. Der in Scripps gemessene Anstieg des 4He-Isotops in der Atmosphäre impliziert daher, dass das 3He-Isotop mit einer vergleichbaren Geschwindigkeit wie 4He ansteigen muss. Die Forschungsergebnisse von Birners Team werfen mehrere Fragen über die Richtigkeit der bisherigen Annahmen der Wissenschaftler darüber auf, wie und in welcher Menge 3He produziert wird.
“Wir wissen es nicht genau, aber ich frage mich, ob mehr 3He aus der Erde kommt, als wir bisher dachten, das vielleicht geerntet werden könnte, um in Zukunft unsere Kernfusionsreaktoren zu betreiben”, so Birner.
“Die Studie legt eine Kontroverse um das seltene Heliumisotop 3He offen”, sagte Keeling. “Die Auswirkungen sind bei weitem noch nicht klar, aber sie regen zu weiteren Arbeiten an.”
Datum: Mai 9, 2022
Quelle: Universität von Kalifornien – San Diego
Journal Reference:
- Birner, B., Severinghaus, J., Paplawsky, B. et al. Increasing atmospheric helium due to fossil fuel exploitation. Nat. Geosci., 2022 DOI: 10.1038/s41561-022-00932-3