Содержание изотопа 4-гелия (4He) в атмосфере растет, поскольку 4He выделяется при сжигании и добыче ископаемого топлива. Исследователи сообщают, что он увеличивается с очень небольшой, но впервые четко измеримой скоростью. Сам по себе изотоп 4He не усиливает парниковый эффект, который делает планету теплее, но его показатели могут служить косвенными показателями использования ископаемого топлива.

Исследование, проведенное при поддержке Национального научного фонда, опубликовано сегодня в журнале Наука о природе и геофизике.

"Главной мотивацией было разрешение давнего спора в научном сообществе о концентрациях гелия в атмосфере", - сказал ведущий автор исследования Бенни Бирнер, бывший аспирант, а ныне постдокторант Института океанографии Скриппса в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Изотоп 4He образуется в результате радиоактивного распада в земной коре и накапливается в тех же резервуарах, что и ископаемое топливо, в частности природный газ. Во время добычи и сжигания ископаемого топлива случайно выделяется 4He, что создает еще один способ оценки масштабов промышленной деятельности.

Прорыв в исследовании заключается в методике, которую команда океанографов Скриппса использовала для измерения количества гелия в атмосфере. Ученые-геофизики Бирнер и Скриппс Джефф Северингхаус, Билл Паплавски и Ральф Килинг создали точный метод сравнения изотопа 4He с уровнями обычного атмосферного газа азота. Поскольку уровни азота в атмосфере постоянны, увеличение He/N2 указывает на скорость накопления 4He в атмосфере.

Соавтор исследования и геохимик океанографии Скриппса Ральф Килинг, руководитель знаменитого измерения углекислого газа, известного как кривая Килинга, описывает исследование как "шедевр фундаментальной геохимии". По его словам, хотя ученым относительно легко обнаружить гелий в образцах воздуха, его содержание составляет пять частей на миллион, никто не провел достаточно тщательных измерений, чтобы наблюдать увеличение содержания гелия в атмосфере.

Исследование также дает ученым основу для лучшего понимания ценного изотопа 3-гелия (3He), который используется для ядерного синтеза, криогеники и других применений. Предложения о приобретении дефицитного газа с Луны указывают на то, на что пойдут производители, чтобы его добыть.

Согласно предыдущей работе других исследователей, изотоп 4He существует в атмосфере в неизменном соотношении с 3He. Следовательно, атмосферное повышение содержания изотопа 4He, измеренное в Скриппсе, подразумевает, что изотоп 3He должен повышаться с сопоставимой скоростью с 4He. Исследование, проведенное командой Бирнера, поднимает несколько вопросов о точности предыдущих предположений ученых о том, как производится 3He и в каком количестве.

"Мы не знаем наверняка, но мне интересно, выходит ли из Земли больше 3He, чем мы думали ранее, который, возможно, можно было бы собрать и использовать в качестве топлива для наших термоядерных реакторов в будущем", - сказал Бирнер.

"Исследование с еще большей ясностью раскрывает противоречия, связанные с редким изотопом гелия 3He", - сказал Килинг. "Последствия далеко не ясны, но это требует дополнительной работы".