Десятилетиями химики, изучающие атмосферу Земли, вели научные споры о том, как измерить концентрацию гелия в составе газовой оболочки планеты.
Обнаружить частицы гелия в пробах воздуха — не такая уж сложная задача. В составе воздуха гелий присутствует в приблизительной концентрации пять частей на миллион.
А вот чтобы понять, как меняется количество атмосферного гелия со временем, нужны были совершенно новые методы.
Недавно учёные из Океанографического института Скриппса нашли решение этой проблемы. Они разработали уникальную технику и обнаружили рост содержания гелия в атмосфере.
Для этого геофизики создали точный метод измерения содержания изотопа гелия-4 относительно уровня атмосферного азота (N2). Поскольку содержание азота в атмосфере постоянно, увеличение соотношения 4He/N2 указывает на скорость накопления гелия-4 в атмосфере.
Но почему учёных интересует именно этот изотоп гелия? Напомним, что изотопы разных химических элементов отличаются количеством нейтронов. Гелий-3 и гелий-4, соответственно, отличаются тем, что в составе ядра первого на один нейтрон меньше.
Почему же учёных привлёк именно гелий-4? Во-первых, это самый распространённый из двух природных изотопов гелия (второй — гелий-3, или 3He). Более 99% всего земного гелия это именно гелий-4, или 4He.
Ядро атома гелия-4 содержит на один нейтрон больше, таким образом оно тяжелее ядра атома гелия-3.
Но самая интересная особенность 4He заключается в его происхождении. Он образуется в результате радиоактивного распада в земной коре и накапливается в тех же резервуарах, что и ископаемое топливо, в частности природный газ.
Соответственно, при добыче и сжигании ископаемого топлива неминуемо высвобождается и гелий-4.
Это значит, что его повышающаяся концентрация в атмосфере может стать надёжным средством оценки масштабов промышленной деятельности.
Этот изотоп сам по себе не увеличивает парниковый эффект, то есть его накопление в газовой оболочке Земли не превращает нашу планету в гигантскую теплицу. Но измерение изменений концентрации 4He могут служить косвенными маркерами использования ископаемого топлива. То есть теперь у учёных на руках есть важный инструмент.
Соавтор исследования и геохимик из Скриппса Ральф Килинг описывает новое исследование как "шедевр фундаментальной геохимии". К слову, в честь отца этого учёного была названа кривая Килинга, которая отражает рост концентрации углекислого газа (CO2) в атмосфере.
Добавим, что CO2 — парниковый газ. И его накопление способствует потеплению климата планеты. Более того, во времена длительных ледниковых периодов концентрация углекислого газа в атмосфере снижалась, а в последние десятилетия она стабильно повышается.
Новое исследование потенциально поможет учёным лучше разобраться в тенденциях изменения состава атмосферы Земли, а также понять, сколько гелия-3 высвобождается из земных недр.
Этот изотоп интересен для учёных по другой причине: он используется в термоядерных реакторах, криогенике и других передовых научных исследованиях.
Производители готовы пойти на многое, чтобы заполучить его: чего только стоят предложения по получению дефицитного газа на Луне.
Предыдущая работа других исследователей показала, что гелий-4, по всей видимости, существует в атмосфере в неизменном соотношении с гелием-3.
Получается, обнаруженное в ходе нового исследования повышение содержания гелия-4 в атмосфере подразумевает, что концентрация гелия-3 также должна повышаться с аналогичной скоростью.
Последствия этого умозаключения пока не ясны, но очевидно, что учёные серьёзно займутся дополнительными исследованиями в этой области.
Многообещающая работа учёных была опубликована в научном журнале Nature Geoscience.
Ранее мы писали о получении первого в мире стабильного соединения гелия.
Также мы рассказывали о том, как парниковые газы изменяют строение земной атмосферы.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".
Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. "Смотрим" – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.
