Der atmosphärische Heliumgehalt steigt

Laut einer Studie von Forschern der University of California, San Diego, USA, die eine seit langem bestehende Anomalie in der Atmosphärenwissenschaft auflöst, haben die Helium-4-Konzentrationen in der Erdatmosphäre seit mindestens 1974 zugenommen.

Helium-4, das am häufigsten vorkommende Heliumisotop, entsteht durch radioaktiven Zerfall in der Erdkruste und reichert sich in geringen Mengen in Erdgas an. Wenn das Gas gefördert und verbrannt wird, wird das Helium in die Atmosphäre freigesetzt. Theoretische Berechnungen legen daher nahe, dass die Helium-4-Konzentration in der Atmosphäre aufgrund der Nutzung fossiler Brennstoffe seit Jahrzehnten gestiegen sein muss. Bisher fehlten jedoch überzeugende experimentelle Beweise für einen solchen Aufbau.

Molenbruchmessungen von Helium

In der neuesten Arbeit entwickelten Forscher unter der Leitung von Benjamin Birner von der Scripps Institution of Oceanography eine neue und präzise Technik zur Messung des atmosphärischen Verhältnisses von Helium-4 (⁴He) zu Stickstoff (N₂). Sie untersuchten 46 Luftproben, die zwischen 1974 und 2020 erworben wurden, und stellten fest, dass die ⁴Die Konzentration stieg mit einer durchschnittlichen Rate von 39 +/- 3 Milliarden Mol pro Jahr.

„Da der Stickstoffgehalt in der Atmosphäre konstant ist, ändern sich die ⁴Henne₂ Ratio weisen auf Schwankungen im atmosphärischen Heliumgehalt hin“, erklärt Birner. „Wir haben dieses Verhältnis mit einer neuartigen massenspektrometrischen Technik bestimmt, die den Molenbruch von Helium in der Luft mit beispielloser Präzision misst.“

Die neuen Beobachtungen deuten auch darauf hin, dass atmosphärische Konzentrationen eines anderen Isotops von Helium, ³Er, haben auch zugenommen. „Wir haben zwar nicht gemessen ³Nur er ⁴Henne₂, einige frühere Studien des atmosphärischen Helium-Isotopenverhältnisses (³Er/⁴Er) fand keinen erkennbaren Trend“, sagt Birner. „Zusammen mit unserer Beobachtung eines deutlichen Anstiegs der ⁴Er, ein stabiles Isotopenverhältnis impliziert einen entsprechenden Aufbau von ³Er und ⁴Er."

Birner fügt hinzu, dass der Anstieg in ³Er bleibt weitgehend ungeklärt und erfordert weitere Forschung – zumal dieses Isotop sehr selten ist und mehrere wichtige Anwendungen hat, darunter als Brennstoff für die Kernfusion. „Um eine Vorstellung davon zu geben, wie wertvoll es ist, haben die Leute sogar darüber nachgedacht, es auf dem Mond abzubauen“, sagt er.

Der abgeleitete Anstieg der atmosphärischen ³Er übertrifft auch bei weitem die Schätzungen der anthropogenen Emissionen aus Erdgas, Kernwaffen und Kernkrafterzeugung, was auf potenzielle Probleme mit früheren Isotopenmessungen oder eine falsche Bewertung bekannter Quellen hindeutet, sagt er. „Durch die Verbesserung der Messung des atmosphärischen Heliums hoffen wir, einen Indikator für den regionalen bis globalen Erdgasverbrauch zu entwickeln, der in Luftqualitätsstudien von Städten verwendet werden könnte“, sagt er Physik-Welt.

Die Forscher sagen, dass sie nun den atmosphärischen Helium-Isotopentrend anhand der High-Fidelity-Proben verifizieren werden, die sie in dieser Studie verwendet haben. „Ein weiterer Weg, den wir verfolgen möchten, sind kontinuierliche Heliummessungen, um lokale Emissionsquellen in Städten besser zu verstehen und anhand dieser gemeldete Emissionen aus fossilen Brennstoffen zu verifizieren“, schließt Birner.

Die vorliegende Arbeit ist detailliert in Nature Geoscience.

Die Post Der atmosphärische Heliumgehalt steigt erschien zuerst auf Physik-Welt.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/atmospheric-helium-levels-are-on-the-rise/