Wetenschappers vermoeden het al langer, maar kunnen nu bevestigen dat de concentratie helium-4 in de atmosfeer toeneemt. En dat is een direct gevolg van onze voorliefde voor fossiele brandstoffen.

De atmosferische toename van helium-4 is klein, zo schrijven onderzoekers in het blad Nature Geoscience, maar wel duidelijk meetbaar. De atmosferische concentratie van het isotoop (zie kader) neemt volgens de onderzoekers sinds 1974 toe en is te herleiden naar zowel de verbranding als extractie van fossiele brandstoffen.

Het element helium ken je waarschijnlijk wel. In dit nieuwe onderzoek staat een isotoop van dit element centraal: helium-4. Het is één van de twee in de natuur voorkomende isotopen van helium. Isotopen zijn atomen van hetzelfde chemische element (in dit geval helium) die hetzelfde aantal protonen tellen, maar waarbij het aantal neutronen in de atoomkern verschilt. In het geval van helium-4 bestaat de atoomkern uit twee protonen en twee neutronen. Het resultaat is een stabiel heliumisotoop dat verschilt van de andere in de natuur voorkomende heliumisotoop: helium-3. Helium-3 telt ook twee protonen, maar slechts één neutron.

Verval
Het leeuwendeel van de hoeveelheid helium-4 op aarde ontstaat door radioactieve vervalprocessen in de aardkorst. De helium-4 die zo ontstaat, verzamelt zich vervolgens in dezelfde reservoirs als fossiele brandstoffen (en dan met name aardgas). Zodra mensen dat aardgas uit het reservoir halen en verbranden, komt ook helium-4 vrij. Gezien onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en de grote schaal waarop we deze aan de aarde onttrekken en verbranden, lag het in de lijn der verwachtingen dat ook de atmosferische concentratie helium-4 stijgende was. Maar het lukte onderzoekers maar niet om dat ook te bevestigen. Tot nu dus.

Aanpak
Amerikaanse onderzoekers hebben een heel precieze methode ontwikkeld om de atmosferische concentratie helium-4 te meten. Ze keken daarbij naar de verhouding tussen helium-4 en distikstof. Omdat de concentratie dikstikstof in de atmosfeer constant is, wijst een verandering in de verhouding tussen die twee elementen op een verandering in de hoeveelheid helium-4. En zo ontdekten de onderzoekers dus dat de concentratie helium-4 een heel klein beetje is toegenomen.

Implicaties
De aanwezigheid van helium-4 in de atmosfeer heeft verder geen gevolgen het broeikaseffect; het isotoop draagt niet bij aan de opwarming van de aarde. Toch is het waardevol dat onderzoekers nu in staat zijn om de concentratie helium-4 te meten en monitoren. Zo kunnen onderzoekers helium-4 – dat dus in de atmosfeer belandt tijdens de extractie en verbranding van fossiele brandstoffen – gebruiken om een beter beeld te krijgen van de mate waarin fossiele brandstoffen gebruikt worden.

Helium-3
Daarnaast heeft het onderzoek ook implicaties voor het hierboven al even genoemde helium-3. Naar dit isotoop wordt met bovengemiddelde belangstelling gekeken, omdat men vermoedt dat het een sleutelrol kan spelen in de ontwikkeling van veiligere kernreactoren. In deze (nog hypothetische) kernreactoren zou men het isotoop dan laten fuseren met een isotoop van waterstof en zo energie genereren, zónder dat daarbij radioactieve afvalstoffen gevormd worden. Of helium-3 op deze wijze echt de oplossing voor ons energie- en het daarmee samenhangende klimaatprobleem kan zijn, is echter nog niet bewezen. En zelfs als onderzoekers dat op termijn hard kunnen maken, staan we direct al voor een nieuwe uitdaging: helium-3 is zeer schaars op aarde. Tenminste: dat dachten we. Want het nieuwe onderzoek hint er voorzichtig op dat helium-3 ietsje minder schaars is dan we denken. Zo wijzen de onderzoekers erop dat eerdere studies hebben uitgewezen dat de verhouding tussen helium-3 en helium-4 in de atmosfeer altijd gelijk is. Dat de hoeveelheid helium-4 nu toeneemt, suggereert dan ook voorzichtig dat ook de hoeveelheid helium-3 stijgende moet zijn. “We weten het niet zeker, maar ik vraag me af of er meer helium-3 uit de aarde komt dan we voorheen dachten,” zo stelt onderzoeker Benni Birner. “En of we dat misschien kunnen verzamelen en kunnen gebruiken om onze toekomstige kernreactoren te laten draaien.”

En zo bevestigt het onderzoek niet alleen eerdere vermoedens, maar roept het ook nieuwe vragen op. Bijvoorbeeld over hoe helium-3 geproduceerd wordt en in welk hoeveelheden. “De implicaties zijn verre van duidelijk,” stelt Ralph Keeling. “Het vraagt om meer onderzoek.”