Atmosphäre: Forscher entdecken unerklärbare irdische Helium-3-Vorkommen

In der Atmosphäre gibt es mehr Helium-3 als gedacht. Forscher rätseln über dessen Herkunft.

Artikel veröffentlicht am 12. Mai 2022, 12:30 Uhr, Werner Pluta

Helium (Symbolbild): Helium-4-Gehalt in der Atmosphäre ist angestiegen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Helium-3 gilt als vielversprechender Treibstoff für Kernfusion. Bisher wurde angenommen, dass das Isotop auf der Erde kaum vorkommt. Laut einer neuen Studie ist Helium-3 häufiger als gedacht.

Ziel der Studie war, den Gehalt des Isotops Helium-4 in der Atmosphäre zu bestimmen. Der ist als Folge der Nutzung fossiler Brennstoffe angestiegen. Das Team der University of California San Diego (UCSD) um Benjamin Birner hat dazu 46 Atmosphärenproben untersucht, die zwischen 1974 und 2020 gesammelt wurden.

Helium ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente und wird bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, vor allem von Erdgas, freigesetzt. Das Edelgas ist sehr reaktionsträge und wird nicht zu den Treibhausgasen gerechnet. Um seinen Gehalt in der Atmosphäre zu bestimmen, hat das Team eine Methode entwickelt, die das Verhältnis von Helium-4 zu Stickstoff misst. Dabei habe sich gezeigt, "dass die Helium-4-Konzentrationen in den vergangenen 50 Jahren signifikant angestiegen sind", schreibt das Team in einem Aufsatz in der Fachzeitschrift Nature Geoscience.

Mehr Helium-3 als erwartet

Zudem beschäftigten sich die Forscher auch mit dem Isotop Helium-3. Früheren Arbeiten zufolge sollten beide Helium-Isotope in einem gleichbleibenden Verhältnis vorkommen. Nach den Daten von Birners Team hat das Helium-3 jedoch stärker zugenommen als erwartet. Eine Erklärung für dessen Herkunft haben die Forscher nicht.

"Der daraus abgeleitete Anstieg von Helium-3 in der Atmosphäre übersteigt bei Weitem die Schätzungen der anthropogenen Emissionen aus Erdgas, Kernwaffen und der Stromerzeugung aus Kernenergie, was auf mögliche Probleme mit früheren Isotopenmessungen oder eine falsche Einschätzung der bekannten Quellen hinweist", heißt es in dem Aufsatz.

Auf der Erde kommt das dreiwertige Helium kaum vor. Es ist Bestandteil des Sonnenwindes, den das Erdmagnetfeld jedoch abhält. Kleine Mengen an Helium-3 werden bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, durch den Fallout von Kernwaffentests und durch geologische Prozesse freigesetzt. "Wir wissen es nicht genau, aber ich frage mich, ob mehr Helium-3 als bisher angenommen aus der Erde kommt, das vielleicht gewonnen werden könnte, um in Zukunft unsere Kernfusionsreaktoren zu betreiben", sagte Birner.

Helium-3 gilt als möglicher Treibstoff für Fusionsreaktoren: Eine Tonne soll ausreichen, um eine Stadt mit sieben Millionen Einwohnern ein Jahr lang mit Strom zu versorgen. Es wird sogar erwogen, Helium-3 auf dem Mond zu schürfen.