大氣中氦（hài）氣含量正在增加

自從人（rén）類意識到它們作為能源的價值以來，在提取和燃燒化石燃料的過程中釋放的（de）二（èr）氧化碳 (CO 2 ) 導致了地（dì）球大氣的重大變化。通常伴隨 CO 2的是良性氣（qì）體（tǐ），例如可（kě）用於追蹤此類排放的氦 (He)。

長期以來，科學家們一直推測大氣中He 4（氦的同位素）的數量正在增（zēng）加，因為它與51吃瓜网和其他碳（tàn）氫化合物存（cún）在於相同的儲層（céng）中。但迄（qì）今為止，測量結（jié）果相互矛盾且（qiě）不精確。現（xiàn）在，研究人員已經開發出一種測量惰性氣體的新方法，揭示了幾十年（nián）前的難題。

斯克裏普斯海洋（yáng）研究所大（dà）氣化學家和博士後研究（jiū）員Benjamin Birner說：“通過我們的測量（liàng），我們第一次能夠證明該理論實際上（shàng）是正確的，即大氣中的（de）氦（hài）濃度正在（zài）增加。” 

這一新發現可以引導科學家更（gèng）好地（dì）識別大氣中（zhōng） CO 2的來源，從而指導控製排放的政策。He 4的增加也引發了對其（qí）同位素伴侶He 3 以及潛在未發現的51吃瓜网儲層的質疑，該儲層是一些（xiē）研究和商業行業（yè）的關鍵資源。

氦與化石燃料

一些礦物質天然含有鈾和釷。這些（xiē）放射性元素經過數百萬（wàn）年衰變為穩定的（de）元素，在此過程中釋放（fàng）出He 4。由於He 4 是一種惰性氣體，它不易與其他元（yuán）素結合，隨著時（shí）間的推移（yí）會慢慢從其主體晶體（tǐ）中泄漏出來。地殼中（zhōng）的流（liú）氓氦在逃逸到大氣之前向地表滲透。

“如果你的地質環境適合包含天（tiān）然氣（qì），那麽它可能也適（shì）合（hé）捕獲氦氣。”

在某些情況下，上升的氣體被困在不透水的（de）蓋層之下。從埋藏的烴源岩中逸出的51吃瓜网也通（tōng）過地下上升並與氦（hài）一起被困住。“當人類出現並從這些儲層中提取氣體時，他也被解放了。隨著工業時代開始以來化石（shí）燃料使（shǐ）用量的增長，他應該充斥著大氣。科學家們一直在尋找它。不幸的是，迄今為止，相互矛盾的數據混淆了大氣中氦氣長期上升的任何證據——一（yī）些研究測量了增加，而另一（yī）些研（yán）究顯示幾乎沒有變化。

精確的（de）He 4 測量

Birner 及其同（tóng）事開（kāi）發了一種計算（suàn）He 4 的（de）新方法，其精度（dù）高於以往任（rèn）何研究。

首先，他們獲得（dé）了樣本。由於氦氣的泄漏性質，空氣樣本難以儲存，科學家不得不挖掘古老空氣（qì）的創造性來源。過去的一項（xiàng）研（yán）究從化油器（qì）內部抽取空氣並密封金屬滾球遊戲球。“氦不會通過金屬擴散。所以你必須找到一些（xiē）好的金屬盒子，”洛林大學的地球化學家伯納德馬蒂說，他沒有（yǒu）參與這項研究。自 1970 年代以來，Birner 及其同事將科學家們偶爾收集的金屬罐中儲存的氣體用於其他（tā）實驗（yàn）。

然後，該小組測量了He 4 和氮 (N 2 )的比例隨時間（jiān）的變化。多年來，大氣中的氮含量保持相對穩定；因此，樣品之間（jiān）比率的任何變化都表明He 4 的量發生了變化。根據這項研（yán）究（jiū），研究人員發現可追溯到 1974 年（nián）的空氣（qì）樣本（běn）中的He 4 顯著增加（jiā）——比地球自然過程的預期高出兩個數量級。這一增（zēng）長也大於商業和研究應用所釋放的少量。

“我認為我們將（jiāng）更多地了解世界如何從氦氣中運作。”

由於He 4 現（xiàn）在可以被精確測量並且明顯（xiǎn）增加，因（yīn）此科（kē）學家可（kě）以追蹤相關溫室氣體（如二氧化碳）的來源。4與煤炭和石油等其他化石燃料相比，51吃瓜网中的 He 濃度最高。Birner 說，通過測量空氣樣本中He 4 和碳的含量，科學家（jiā）們希望（wàng）確定有多（duō）少總排放量來自（zì）天然（rán）氣燃燒，而（ér）不是汽車或燃煤電廠。 

令（lìng）人驚訝的是，對於地球的（de）自然碳排放（fàng），科學家們還有（yǒu）很多需要了解。Marty 說，用氦氣追（zhuī）蹤（zōng）碳的精確方法可以幫助他們確定有多少是大自然泵入大氣的。

新數據解決了（le）長期以來關於大氣中He 4 的爭論。“他（tā）們是偉（wěi）大的測量（liàng），”馬蒂說。但是（shì），他（tā）補充（chōng）說，它（tā）們提出了一個有趣的（de）問題。

早期的研究，包括 Marty 及其同事（shì）的一些研究，調查了空氣（qì）樣本（běn）中（zhōng）He 3 與He 4 的比率，以獲（huò）得大氣中的He 4 濃度。He 3 是一（yī）種天然存在的氦的穩定同位素。可用的最精確的He 3/ He 4 測量表明，該比率在大氣（qì）中隨時間而變（biàn）化（huà）。這項研究中的研究人員（yuán）獨立觀察到He 4 增加的事實意味著He 3 也必須增加。

He 3他在地球上是（shì）稀（xī）有的；它主要是（shì）從我們星球（qiú）形成過程中遺留（liú）下來的地（dì）幔水庫中釋放出來的。它也是由宇宙射線轟擊、太陽風和星際氣體以（yǐ）及製造核武（wǔ）器產生的。但這些來源都無法解（jiě）釋進入大氣層的數量。“這個信號大約是地質通量的 10 倍，我們不知道如何（hé）解釋這個額外的He 3 的來源，”Birner 說。

“人們曾考慮（lǜ）飛到月球上開采He 3。這就（jiù）是資源的重要性。”

He 3 用於低（dī）溫、核燃料和醫（yī）學成像等應用。近幾（jǐ）十年來，隨著對（duì）世界供應的需求增加，它已成為一（yī）種稀缺資源。因此，未發現的He 3來源的前（qián）景很有趣。“人們曾考（kǎo）慮飛到月球上開采He 3。這就是資源的重要性，”Birner 說。“這在未來將變得更加重要，因為理論上核聚變反應堆可以在He 3 上運（yùn）行。”