自从人类意识到它们作为能源的价值以来，在提取和燃烧化石燃料的过程中释放的二氧化碳 (CO 2 ) 导致了地球大气的重大变化。通常伴随 CO 2的是良性气体，例如可用于追踪此类排放的氦 (He)。

长期以来，科学家们一直推测大气中He 4（氦的同位素）的数量正在增加，因为它与天然气和其他碳氢化合物存在于相同的储层中。但迄今为止，测量结果相互矛盾且不..。现在，研究人员已经开发出一种测量惰性气体的新方法，揭示了几十年前的难题。

斯克里普斯海洋研究所大气化学家和博士后研究员Benjamin Birner说：“通过我们的测量，我们..次能够证明该理论实际上是正确的，即大气中的氦浓度正在增加。” 

这一新发现可以引导科学家更好地识别大气中 CO 2的来源，从而指导控制排放的政策。He 4的增加也引发了对其同位素伴侣He 3 以及潜在未发现的天然气储层的质疑，该储层是一些研究和商业行业的关键资源。

氦与化石燃料

一些矿物质天然含有铀和钍。这些放射性元素经过数百万年衰变为稳定的元素，在此过程中释放出He 4。由于He 4 是一种惰性气体，它不易与其他元素结合，随着时间的推移会慢慢从其主体晶体中泄漏出来。地壳中的流氓氦在逃逸到大气之前向地表渗透。

“如果你的地质环境适合包含天然气，那么它可能也适合捕获氦气。”

在某些情况下，上升的气体被困在不透水的盖层之下。从埋藏的烃源岩中逸出的天然气也通过地下上升并与氦一起被困住。“当人类出现并从这些储层中提取气体时，他也被解放了。随着工业时代开始以来化石燃料使用量的增长，他应该充斥着大气。科学家们一直在寻找它。不幸的是，迄今为止，相互矛盾的数据混淆了大气中氦气长期上升的任何证据——一些研究测量了增加，而另一些研究显示几乎没有变化。

..的He 4 测量

Birner 及其同事开发了一种计算He 4 的新方法，其精度高于以往任何研究。

首先，他们获得了样本。由于氦气的泄漏性质，空气样本难以储存，科学家不得不挖掘古老空气的创造性来源。过去的一项研究从化油器内部抽取空气并密封金属滚球游戏球。“氦不会通过金属扩散。所以你必须找到一些好的金属盒子，”洛林大学的地球化学家伯纳德马蒂说，他没有参与这项研究。自 1970 年代以来，Birner 及其同事将科学家们偶尔收集的金属罐中储存的气体用于其他实验。

然后，该小组测量了He 4 和氮 (N 2 )的比例随时间的变化。多年来，大气中的氮含量保持相对稳定；因此，样品之间比率的任何变化都表明He 4 的量发生了变化。根据这项研究，研究人员发现可追溯到 1974 年的空气样本中的He 4 显着增加——比地球自然过程的预期高出两个数量级。这一增长也大于商业和研究应用所释放的少量。

“我认为我们将更多地了解..如何从氦气中运作。”

由于He 4 现在可以被..测量并且明显增加，因此科学家可以追踪相关温室气体（如二氧化碳）的来源。4与煤炭和石油等其他化石燃料相比，天然气中的 He 浓度..高。Birner 说，通过测量空气样本中He 4 和碳的含量，科学家们希望确定有多少总排放量来自天然气燃烧，而不是汽车或燃煤电厂。 

令人惊讶的是，对于地球的自然碳排放，科学家们还有很多需要了解。Marty 说，用氦气追踪碳的..方法可以帮助他们确定有多少是大自然泵入大气的。

新数据解决了长期以来关于大气中He 4 的争论。“他们是伟大的测量，”马蒂说。但是，他补充说，它们提出了一个有趣的问题。

早期的研究，包括 Marty 及其同事的一些研究，调查了空气样本中He 3 与He 4 的比率，以获得大气中的He 4 浓度。He 3 是一种天然存在的氦的稳定同位素。可用的....的He 3/ He 4 测量表明，该比率在大气中随时间而变化。这项研究中的研究人员独立观察到He 4 增加的事实意味着He 3 也必须增加。

He 3他在地球上是稀有的；它主要是从我们星球形成过程中遗留下来的地幔水库中释放出来的。它也是由..射线轰击、太阳风和星际气体以及制造核武器产生的。但这些来源都无法解释进入大气层的数量。“这个信号大约是地质通量的 10 倍，我们不知道如何解释这个额外的He 3 的来源，”Birner 说。

“人们曾考虑飞到月球上开采He 3。这就是资源的重要性。”

He 3 用于低温、核燃料和医学成像等应用。近几十年来，随着对..供应的需求增加，它已成为一种稀缺资源。因此，未发现的He 3来源的前景很有趣。“人们曾考虑飞到月球上开采He 3。这就是资源的重要性，”Birner 说。“这在未来将变得更加重要，因为理论上核聚变反应堆可以在He 3 上运行。”

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