研究证实大气中的氦含量正在上升

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加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家们使用了一种前所未有的技术来检测大气中的氦含量正在上升,从而解决了大气化学家几十年来一直存在的问题。

4-氦(4He)同位素的大气丰度正在上升,因为4He在化石燃料的燃烧和提取过程中释放。研究人员报告说,它正在以非常小的速度增加,但这是第一次明显可测量的速度。4He同位素本身不会增加使地球变暖的温室效应,但对其进行测量可以作为化石燃料使用的间接标志。

该研究今天发表在《自然地球科学》杂志上。

“主要动机是解决科学界长期以来关于大气氦浓度的争议,”研究的主要作者、加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的前研究生、现任博士后研究员BenniBirner说。

同位素4He是由地壳中的放射性衰变产生的,并在与化石燃料(尤其是天然气)相同的储层中积累。在化石燃料的提取和燃烧过程中,4He巧合释放,这为评估工业活动规模创造了另一种手段。

该研究的突破在于斯克里普斯海洋学团队用来测量大气中氦含量的技术。Birner和Scripps的地球科学家JeffSeveringhaus、BillPaplawsky和RalphKeeling创造了一种精确的方法来比较4He同位素与常见大气氮的水平。因为大气中的氮含量是恒定的,所以He/N2的增加表明大气中4He的积累速率。

该研究的合著者、斯克里普斯海洋学地球化学家拉尔夫·基林(RalphKeeling)是著名的二氧化碳测量基林曲线(KeelingCurve)的监督者,他将这项研究描述为“基础地球化学的杰作”。他说,尽管科学家们相对容易在空气样本中检测到氦气,其含量为百万分之五,但没有人做过足够仔细的测量以观察大气增加的工作。

该研究还为科学家更好地了解有价值的3-氦(3He)同位素提供了基础,该同位素可用于核聚变、低温和其他应用。从月球获取稀有气体的提议表明了制造商收获它的时间。

根据其他研究人员之前的工作,4He同位素存在于大气中,与3He的比例似乎是不变的。因此,在斯克里普斯测量的4He同位素在大气中的上升意味着3He同位素必须以与4He相当的速率上升。Birner团队的研究提出了几个问题,即科学家先前关于3He的产生方式和数量的假设是否准确。

“我们不确定,但我想知道从地球上出来的3He是否比我们以前想象的要多,它们可能会在未来被收获并为我们的核聚变反应堆提供燃料,”Birner说。

“这项研究更加突出了围绕稀有氦同位素3He的争议,”基林说。“其影响远未明确,但需要额外的工作。”

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