Erdgas ist auch die Hauptquelle für das Helium, das wir heute überall in Wissenschaft und Technik verwenden. Helium bleibt sehr lange gasförmig und wird erst bei extrem niedrigen Temperaturen flüssig. Kühlt man Erdgas also stark ab, bleibt irgendwann nur das gasförmige Helium übrig und kann isoliert werden. Dieser niedrige Siedepunkt von Helium macht es unter anderem auch so interessant: Man kann es als Kühlmittel in der Tieftemperaturphysik verwenden und zum Beispiel die supraleitenden Magnete in Teilchenbeschleunigern oder medizinischen Geräten kühlen.

Ist das Helium aber erst mal an der Oberfläche der Erde angelangt, ist es auch bald wieder weg. Es entweicht in die Atmosphäre und verschwindet irgendwann im All. Und das könnte problematisch werden, denn nicht jedes Erdgas enthält genug Helium damit sich die Förderung lohnt und so wie das Erdöl wird auch das Erdgas immer weniger. Früher war Helium auch absurd billig und wurde für alle möglichen Zwecke regelrecht verschwindet. Das ist eigentlich heute immer noch der Fall: Man verwendet es zum Beispiel als Schutzgas in Lebensmittelverpackungen (als Zusatzstoff mit der Bezeichnung E 939) oder als Füllmittel für Partyluftballons. Der Verbrauch in der Industrie und bei der Wissenschaft steigt aber ständig und es gibt manche Experten, die davor warnen das mittelfristig ein Heliummangel drohen könnte.

Wenn das tatsächlich passiert, müssen wir uns das Helium vielleicht irgendwann doch direkt aus dem Weltall holen. Dort gibt es schließlich mehr als genug davon. Aber bis wir in der Lage sind, mit interplanetaren Tankraumschiffe durchs Sonnensystem zu fliegen um die Atmosphäre des Jupiters anzuzapfen, sollten wir besser doch ein weniger sparsamer mit diesem Element umgehen und auf den einen oder anderen Party-Luftballon verzichten…

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Kommentare (26)

  1. #1 Captain E.
    7. August 2015

    Eine Frage zu den Elementarteilchen und den Quarks. Ist es richtig, dass alle Quarks Elementarteilchen sind, aber nicht umgekehrt? Das kommt nicht ganz so deutlich herüber, und die Elektronen gehören meines Wissens auch zu den Elementarteilchen.

    Ach ja, und freie Neutronen zerfallen natürlich nicht zu nichts, sondern zu Protonen, Elektronen und Elektron-Antineutrinos – klassischer Beta-Zerfall. Nur mal so nebenbei…

  2. #2 schlappohr
    7. August 2015

    Warum entweicht das Helium vollständig ins All? Der Druck der Athmosphäre ist doch ab einer bestimmten Höhe praktisch weg, und was dann bleibt, ist die Gravitation, die sollte die He-Atome doch eigentlich festhalten. Ich hätte erwartet, dass sich das Helium sammelt und die höchste Athmosphärenschicht bildet.

  3. #3 McPomm
    7. August 2015

    Konnte es nun schon zweifelsfrei nachgewiesen werden, dass es Helium-3 in abbauwürdigen Mengen auf dem Mond gibt?

    http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/08/05/lost-bemannte-raumfahrt-unser-energieproblem/

  4. #4 Captain E.
    7. August 2015

    @schlappohr:

    Deine Vorstellung ist gar nicht mal so falsch, aber das Problem ist, dass die Erde keine Scheibe oder sonstige Barriere hat. Helium und Wasserstoff werden so hoch hinauf getragen, dass sie dann einfach weg sind und womöglich nie wieder zur Erde zurückkehren. Der Sonnenwind dürfte dazu auch so seinen Teil beitragen.

  5. #5 Alderamin
    7. August 2015

    @schlappohr

    Wenn die Teilchengeschwindigkeitsverteilung aufgrund der Temperatur einen signifikanten Anteil von Teilchen beinhaltet, die schneller als die Fluchtgeschwindigkeit eines Planeten unterwegs sind, dann geht das Gas mit der Zeit ins All verloren. Das ist auf der Erde mit Wasserstoff und Helium so und auf dem Mond mit Wasser. Der gravitativ im Vergleich zum Mond viel schwächere Pluto kann hingegen sogar Stickstoffgas halten, weil es da draußen so kalt ist, dass das Zeugs gefriert.

    Generell wird die Atmosphäre der Planeten vom Sonnenwind immer ein wenig erodiert, es hängt dann auch von der Menge des Gases und der Existenz eines Magnetfelds zur Abschirmung des Sonnenwinds ab (und natürlich vom Sonnenabstand), wie schnell das vor sich geht.

    @Captain E

    Die Burschen hier sind alle elementar (und ihre Antiteilchen ebenso). Alles andere (bekannte) ist zusammengesetzt.

  6. #6 Florian Freistetter
    7. August 2015

    @Captain: “Ach ja, und freie Neutronen zerfallen natürlich nicht zu nichts,”

    Hab ich das so gesagt?

  7. #7 Captain E.
    7. August 2015

    Nein, du hast aber nichts dazu gesagt.

  8. #8 Florian Freistetter
    7. August 2015

    @Captain E.: Naja, ich kann schwer alles erklären. Zu was Neutronen zerfallen erschien mir hier für das Thema nicht wirklich relevant zu sein, darum hab ich es weg gelassen.

  9. #9 Captain E.
    7. August 2015

    @Florian Freistetter:

    Siehst, und ich habe es halt in einem Kommentar erwähnt -kein Grund, sich aufzuregen.

  10. #11 Steffmann
    7. August 2015

    Im Durchschnitt überlebt ein freies Neutron nur 10 Minuten und wenn es in dieser Zeit kein Proton findet an das es sich binden kann, hat es Pech gehabt.

    Ein Hadron mit Pech, schön :-). Das verstehe ich ja noch, aber womit ich immer noch Schwierigkeiten habe, ist das hier:

    aber weil es damals im Universum eben immer noch ENORM heiß war und entsprechend viele hochenergetischen Lichtteilchen durch die Gegend sausten

    Warum nochmal wurde das Universum irgendwann transparent ? Waren Photonen tatsächlich existent zu der Zeit oder sind sie vielmehr ein Produkt der Elektronenbindung an die frei herumwirbelnden Protonen/Neutronen-Konstrukte ? Irgendwie nicht schlüssig. Aber ich habe auch (fast) keine Ahnung.

  11. #12 Steffmann
    7. August 2015

    Das war eine Frage ans Forum, keine Feststellung. Sorry, wenn das falsc h rüber kam.

  12. #13 Alderamin
    7. August 2015

    @Steffmann

    Warum nochmal wurde das Universum irgendwann transparent ?

    Weil es sich durch seine Expansion auf unter 3000 K abkühlte, so dass die freien Elektronen des Plasmas von den Kernen eingefangen wurden und nur noch bestimmte Linienfrequenzen absorbieren konnten. Vorher war das Gas ein Plasma wie die Sonne, das alle Wellenlängen absorbieren und streuen kann.

    Waren Photonen tatsächlich existent zu der Zeit oder sind sie vielmehr ein Produkt der Elektronenbindung an die frei herumwirbelnden Protonen/Neutronen-Konstrukte ?

    Als die Inflation endete und die Energie des Inflatonfelds frei gesetzt wurde, geschah das bei Temperaturen, wo alle Grundkräfte vereinigt waren. Da gab es nur Energie. Daraus entstanden dann Teilchen und Antiteilchen, die sich größtenteils gleich wieder zu Gammaquanten vernichteten. Spätestens da gab es Photonen (was das Zeugs vorher während der großen Vereinheitlichung war, da bin ich nicht sicher). Nach wenigen Minuten kam es dann zur Fusion der ersten Kerne zu Deuterium, Helium etc., da wurden auch Gammaquanten freigesetzt. Die freien Elektronen im Plasma haben dann schließlich auch noch munter in allen Wellenlängen temperaturgestrahlt. Lange bevor das Weltall nach 380000 Jahren transparent wurde.

  13. #14 PDP10
    7. August 2015

    @Steffmann:

    “Warum nochmal wurde das Universum irgendwann transparent ? Waren Photonen tatsächlich existent zu der Zeit oder sind sie vielmehr ein Produkt der Elektronenbindung an die frei herumwirbelnden Protonen/Neutronen-Konstrukte ?”

    Alles eine Frage der Dichte …

    Photonen gabs von Anfang an. Eigentlich gabs am Anfang nur Photonen, weil das Universum zu dicht und zu heiss war um Materie (i.e. Elementarteilchen) bilden zu können (da waren mindestens die drei Grundkräfte elektrische und schwache und starke Kernkraft noch eine Suppe). Das dauerte aber nicht lange.

    Als die Materie dann da war, war selbige aber so dicht, dass die in der Gegend rumfliegenden Photonen nirgendwo durch kamen ohne mit Materie zu wechselwirken.

    Erst als sich das Universum ein wenig ausgedehnt hatte, so ungefähr nach 300.000 Jahren, war die Materie so wenig dicht, dass sich die Photonen, die noch vom Anfang übrig waren, halbwegs frei bewegen konnten.

    Das sehen wir heute als kosmische Hintergrundstrahlung.

    (Warnung: Das ist nur was ich von der ganzen Sache glaube verstanden zu haben. )

  14. #15 dgbrt
    7. August 2015

    @schlappohr: Warum entweicht das Helium vollständig ins All?

    @Alderamin: Du liegst da etwas falsch. Thermisch geht uns nur der Wasserstoff verloren. Bei Helium geht das im Wesentlichen nur durch die Ionisierung verursacht vom Sonnenwind. Die geladenen Teilchen verlassen uns dann entlang des Magnetfeld der Erde.

    Der thermische Effekt wird im Englischen “Jeans escape” genannt; benannt nach dem englischen Astronomen James Jeans.

    Es gibt einen sehr schön bebilderten Artikel zu dem Thema hier (PDF, Englisch):
    http://faculty.washington.edu/dcatling/Catling2009_SciAm.pdf

  15. #16 dgbrt
    7. August 2015

    @PDP10:
    Es gab am Anfang nicht Photonen, im Gegenteil, es waren sehr viele sehr exotische Elementarteilchen. Die untersucht man z.B. am CERN.

  16. #17 dgbrt
    7. August 2015

    @Florian:
    Interessant ist, dass der heutige Weltmarkt für Helium zu 70-80% von den USA dominiert wird. Die haben seit 1925 das Zeug gesammelt, vor allem für Luftschiffe und später für die Raumfahrt im Kalten Krieg, und erst 1996 beschlossen damit aufzuhören und es ab 2005 zu verkaufen. Die Reserven aus der Sammlung reichen noch mindestens 50 Jahre.
    https://en.wikipedia.org/wiki/National_Helium_Reserve

  17. #18 PDP10
    7. August 2015

    @dgbrt:

    “Es gab am Anfang nicht Photonen, im Gegenteil, es waren sehr viele sehr exotische Elementarteilchen. “

    Nein. Es gab am Anfang, wie gesagt, nur Photonen.

    “Am Anfang” bezeichnet hier allerdings eine Zeitspanne um die 10^-30 Sec.

    Erst danach – ab dem Ende der Inflation, so mein Verständnis der Theorie – war das Universum kalt genug, damit sich überhaupt Elementarteilchen bilden konnten.

    Das meinte ich mit “das dauerte aber nicht lange”.

  18. #19 dgbrt
    8. August 2015

    @PDP10:
    Du verstehst das falsch, bei 10^−30 s entstanden die ersten Quarks, und die brauchen nun wirklich keine Photonen für ihre Wechselwirkungen. Da war einfach nur verdammt viel Energie/Masse auf engstem Raum zusammengepresst.

    Wirklich verstanden hat man die Prozesse bis jetzt noch nicht, aber ein Photon braucht Raum, nur den gab es da noch nicht.

    Und eigentlich geht es hier doch nur um Helium…

  19. #20 Braunschweiger
    8. August 2015

    @PDP10, dgbrt: Könntet ihr euch eventuell an einen Physiker wenden oder gleich mit Fundstellen im Internet (besser WP, nicht YT) argumentieren? – Das wäre evtl. erträglicher und fachlicher. Danke.

  20. #21 PDP10
    8. August 2015

    @Braunschweiger:

    “@PDP10, dgbrt: Könntet ihr euch eventuell an einen Physiker wenden [..]

    Ähm … also ich für meinen Teil hab da so einen Schein in meinem Uni-Ordner abgeheftet, auf dem steht:

    “Herr Xy hat mit Erfolg an der Vorlesung zum Thema ‘Theorie der Elementarteilchen’ teilgenommen
    Gez. Professor Abc … ”

    Ok, war’n Sitzschein. Was aber nicht heisst, dass ich von dem ganzen Gewese mit den Gammas und Lambdas in der kovarianten Formulierung der QFT total nichts verstanden hätte …

    Was allerdings auch nicht heisst, dass ich jetzt ein Spezialist in Kosmologie wäre – ganz im Gegenteil.
    Was ich da oben reingeschrieben habe ist – wie gesagt – nur dass, was ich darüber so aufgeschnappt habe …

  21. #22 Braunschweiger
    8. August 2015

    @PDP10: Es mag ja sein, aber Gesagtes gilt ja vor allem nicht nur für dich. Wenn man schon behauptet “ich habe recht”, dann ist es auch von Vorteil gleich mal die Fakten-Keule zu schwingen, vor allem für den mitlesenden Unbeteiligten (oder die eigene Glaubwürdigkeit). Es führt sonst zu nichts. Es sein denn, ein Bisschen Meckern war das Ziel. 😉

  22. #23 Alderamin
    8. August 2015

    @dgbrt

    Thermisch geht uns nur der Wasserstoff verloren. Bei Helium geht das im Wesentlichen nur durch die Ionisierung verursacht vom Sonnenwind. Die geladenen Teilchen verlassen uns dann entlang des Magnetfeld der Erde.

    Danke für den Artikel. In der Wikipedia steht’s anders (und so hatte ich das auch gelernt). Aber interessant ist dort der letzte Punkt über den dominanten Prozess des Atmosphärenverlusts der Erde: die Erde verlor den größten Anteil der Atmosphäre durch die Verflüssigung des Wasser und die Bindung von CO2 in Gestein; sonst wäre die Atmosphäre noch dichter als die der Venus.

  23. #24 Alderamin
    8. August 2015

    @dgbrt, PDP10

    Diesen Artikel hätte ich gerne gelesen, aber der Abstract sagt schon, dass nach diesem Modell hauptsächlich Photonen nach der Inflation freigesetzt wurden.

  24. #25 dgbrt
    8. August 2015

    @Alderamin: Danke für den Artikel. In der Wikipedia steht’s anders (und so hatte ich das auch gelernt).

    In der englischen Wiki steht’s nicht anders, der Abschnitt ist nur sehr allgemein gehalten und deswegen auch teilweise irreführend. Aber genau da habe ich den von mir verlinkten Artikel gefunden. Und die deutsche Wiki kann man zu diesem Thema sowieso völlig vergessen.

  25. #26 dgbrt
    8. August 2015

    @Alderamin, PDP10
    Die deutsche Wiki ist bei diesem Thema sehr umfangreich:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Urknall#Primordiale_Nukleosynthese
    Bei 10^-30 s bildeten sich die ersten Quarks. Auch wenn man heute Zeitabstände sehr genau messen kann, diese Zeitspanne ist deutlich kleiner als das, was Atomuhren heute können (10^−13):
    https://de.wikipedia.org/wiki/Atomuhr#Hochpr.C3.A4zise_Atomuhren

    Die ersten messbaren Photonen entstanden etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall. Das nennt man heute Hintergrundstrahlung:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Hintergrundstrahlung#Theorie