发布日期：2022年5月10日

作者：Ellen Phiddian

Cosmos 科学记者

 化石燃料——特别是天然气——富含氦气。因此，随着更多化石燃料的燃烧，大气中的氦气含量增加似乎是合乎逻辑的。 然而，到目前为止，研究人员对于这一现象是否真的发生过存在争议。作为非反应性、非温室气体的氦气，并没有像其他大气气体那样得到持续监测。而且，由于过去一个世纪里大气的总体组成发生了变化，仅仅检查绝对氦气水平并不能必然产生准确的数据。使问题更加复杂的是氦气的不同类型或同位素：天然气中含有大量的氦-4。而较为稀有的同位素氦-3则不会出现在化石燃料供应中。这意味着氦-4与氦-3的比例应该发生变化，但实际上似乎一直保持稳定。

 现在，一组美国研究人员认为他们已经解决了这个问题。根据他们在《自然地球科学》上发表的论文，大气中的氦-4确实在增加，这意味着氦-3也必须随之增加。研究人员通过将氦-4水平与地球上大气中更为丰富的气体——氮气进行比较来得出这一结论。在过去五十年里，氮气水平一直保持稳定，因此它是一个很好的参考点。 这些研究人员来自位于美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的斯克里普斯海洋研究所，他们分析了保存在该大学的46个空气样本。这些样本都是在1974年至2020年间，在三个不同地点收集的：斯克里普斯研究所、同样在美国的特立尼达角以及塔斯马尼亚的开普格里姆。 样本显示，相对于氮气而言，氦-4的水平有所上升。从1974年到2020年，氦气总量增加了0.193%——上下浮动0.014%。尽管这个数字非常小（毕竟氦气在我们的大气中浓度很低），但它确实代表了一个显著的变化。 除了作为化石燃料使用的指示器外，研究人员认为氦-4的这种增长不应引起任何担忧。

 但他们对相应的氦-3的增长很感兴趣。氦-3是一种非常稀缺的资源，可能是通过核聚变生产能源的关键。甚至有人猜测，因为地球上氦-3的需求量很大，可以从月球上开采。 如果氦-4和氦-3的比例大致保持不变，而氦-4正在上升，那么氦-3也必须在增加。但是，研究人员无法解释额外的氦-3可能来自何处。“我们不能确定，但我怀疑地球释放出的氦-3比我们之前认为的要多，这或许可以被收集起来为未来的核聚变反应堆提供燃料。”论文的主要作者、斯克里普斯研究所的博士后研究员Benni Birner博士说。 共同作者Ralph Keeling教授，同时也是负责Keeling曲线的科学家（该曲线最初由他的父亲开发，是最早追踪大气中二氧化碳水平的人之一）表示：“这项研究更清晰地揭示了围绕稀有氦同位素3He的争议。

 ‘虽然影响尚不清楚，但这要求我们做更多的工作。’”

以上内容原载于《Cosmos》杂志，标题为《高氦气：大气中的氦气水平正在上升》。