Heliumballonger under barnetoget i Trondheim 17. mai i fjor. I år har flere kommuner lagt ned forbud mot å selge ballonger fylt med grunnstoff nummer 2.

Helium produseres hele tiden i Jordas indre. Likevel frykter forskere at verden skal gå tom

Det er ikke bare plastsøppel som gjør at du ikke bør kjøpe heliumballonger på 17. mai i år. Men hvordan kan det være mangel på et grunnstoff som naturen lager selv?

16.5 2018 12:25

Flere norske kommuner forbyr salg av heliumballonger på 17. mai. Det er frykten for plastsøppel som får mest oppmerksomhet.

Men det er også et annet argument som gjerne er med i forbudsvedtakene i kommunestyrer landet rundt – at verden står overfor en heliumkrise.

Det er ikke første gang det advares mot overforbruk av helium. I 2010 advarte den nå avdøde fysikkprofessoren Robert Richardson om farene.

Tapt for bestandig

– Når helium slipper løs i atmosfæren, er det tapt for bestandig, sa han ifølge avisen The Independent.

Nobelprisvinner Richardson mente prisen på en ballong burde være nærmere 1000 kroner for å gjenspeile hvor verdifull heliumgassen egentlig er.

Enhver heliumballong du kjøper på 17. mai «er en verdifull ressurs som er gått til spille for bestandig», skriver den svenske kjemikeren Lars Öhrström i boka Curious Tales from Chemistry.


Helium på vei ut i evigheten. (Foto: Bjørke Magnus Knutsen, Aftenposten/NTB scanpix)

Viktigere ting enn 17. mai-moro

Helium har nemlig en del bruksområder som de fleste nok vil være enig i at er viktigere enn litt barnslig moro – med påfølgende gråt når de mister den – på 17. mai og andre festdager.

Donald-stemmen du får når du inhalerer helium, tilhører ikke kategorien «viktigere». Den oppstår for øvrig fordi helium har mindre tetthet enn luft, noe som fører til at lyden går tre ganger fort gjennom helium.

Langt viktigere er det for eksempel at MR-skannere ved sykehusene er avhengige av det flyktige grunnstoffet. De trenger iskaldt flytende helium for å kjøle ned de supersterke magnetene som sørger for at legene kan se hva som feiler kroppen din.

Flytende helium er noe av det kaldeste som finnes. Kokepunktet er så langt nede som 269 minusgrader på celsiusskalaen. Det er like over det absolutte nullpunktet.

Forskere har også stor nytte av helium. For eksempel bruker den enorme partikkelakseleratoren Large Hadron Collider i Cern 96 tonn flytende helium for å holde temperaturen nede, skriver John Emsley i boka Nature’s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements.


Her fylles flytende helium på en MR-skanner. (Foto: Piyorot.s, Shutterstock/NTB scanpix)

24 prosent av universet

Samtidig som det advares mot mangel og trues med forbud, er faktisk helium det nest vanligste grunnstoffet i universet.

En firedel av massen som finnes der ute, er helium. Hydrogen står for det meste av de tre resterende firedelene. Alle andre grunnstoffer enn disse to utgjør ikke mer enn et par prosent til sammen.

Denne fordelingen skyldes blant annet at hydrogen og helium ble dannet allerede i The Big Bang. Inne i stjerner som sola vår, dannes det også helium. Når stjernene dør og eksploderer, sender de mer helium ut i det store intet.

0,0005 prosent av lufta

Så hvordan har det seg at helium bare utgjør 0,0005 prosent av lufta vi puster inn? Bare 5 milliondeler, altså.

Det skyldes blant annet akkurat den samme egenskapen som gjør at helium egner seg så godt til ballonger: Heliumgassen er lettere enn luft.

– Helium går bare en vei, og det er ut, sier professor Reidar Trønnes ved Naturhistorisk museum og ved Senter for Jordas utvikling og dynamikk ved Universitetet i Oslo.

Men helium har også en annen egenskap – eller mangel på egenskap – som gjør at det så lett går tapt.

Vil være alene

Helium tilhører edelgassene, kolonnen som ligger helt til høyre i det periodiske system. I motsetning til de fleste andre grunnstoffer viser disse null interesse for å inngå i reaksjoner og bindinger med andre.

Edelgassatomene har fylt opp det ytterste elektronskallet sitt og lever i den lykketilstanden alle andre atomer streber etter der de knytter til seg og gir fra seg elektroner.

Dermed er det ingenting som stopper heliumatomene når de har sluppet løs i mailufta. De dulter kanskje borti et molekyl her og et atom der, men de fortsetter uinteressert videre oppover mot verdensrommet.


Edelgassene ligger helt til høyre i det periodiske system. Helt øverst har vi satt en ring rundt helium. (Illustrasjon: Colourbox)

Hydrogen, som er enda litt lettere enn helium, lever på sin side fanget på Jorda blant annet i form av H2O, altså vann, men også i mineraler langt inne i planeten vår.

– Hydrogen og de andre grunnstoffene, bortsett fra de lette edelgassene helium og neon, resirkuleres inn i Jordas dype indre, sier Trønnes til forskning.no.

Han snakker da om en geologisk betydning av tid, der millioner av år er som sekunder å regne.

– Jordplatene som dannes ved overflaten, synker ned i mantelen og tar med seg alle andre grunnstoffene, sier Trønnes.

Dannes nytt helium hele tiden

Samtidig som heliumet forsvinner til værs så fort det slippes løs, dannes det hele tiden nytt helium inne i Jorda. Det skjer når radioaktive grunnstoffer, særlig uran og thorium, brytes ned.

Atomkjerner av uran og thorium er ustabile, og på ett eller annet tidspunkt vil de brytes ned og bli til lettere grunnstoffer. Denne prosessen fortsetter i flere trinn, helt til de blir stabile blyatomer.

– På veien frigjøres det helium, forteller professor Trønnes til forskning.no.

Heliumatomet oppstår når en såkalt alfapartikkel som slipper fri. Nedbrytningen kan også produsere betapartikler (elektroner) og gammastråler, men i denne sammenhengen er det alfapartiklene som er interessante.

De består nemlig av to protoner og to nøytroner fra den nedbrutte kjernen. To protoner og to nøytroner er det samme som en heliumkjerne. Helium er grunnstoff nummer 2 og har nettopp to protoner i kjernen.

– Disse heliumkjernene fanger opp elektroner, for eksempel fra betastråling. Eller de kan ta elektroner fra andre grunnstoffer i nærheten, sier Trønnes.

Masse helium på Jupiter

Jupiter inneholder kanskje så mye som 10 prosent helium. En firedel av atmosfæren på kjempeplaneten er helium.

Gjennom stein

Med to elektroner på plass er heliumatomet fornøyd. Det unngå enhver form for binding til andre atomer.

Men det har ikke til hensikt å bli der inne i Jorda. Det vil ut. Da er det en fordel å være så liten. Et heliumatom kan nemlig bevege seg gjennom stein.

Uansett hvor hard en stein kjennes ut i hånda di, så består den på atomnivå av krystaller der flere atomer er bundet sammen i mineraler.

– Helium er så bitte lite og kan hoppe mellom posisjonene i mineralene, og dermed kan det bevege seg gjennom mineralet ganske raskt, sier Trønnes.

Selv om mineralene i steinen er bundet sammen, finnes det åpninger i krystallgitteret. Disse hulrommene utnytter heliumatomet og hopper fra hulrom til hulrom.

Det er særlig fra vulkaner og varme kilder at heliumet finner veien ut.

– Men kan det også komme små heliumatomer piplende opp av bakken rett som det er?

– Ja, ja. Absolutt, sier Trønnes.

Men de er selvfølgelig altfor små til at du kan gjøre deg noe håp om å fange dem til en hjemmelaget sveveballong.

Fra naturgass

Heliumet som brukes i helsevesenet, i forskningen og i 17. mai-ballongene der det fortsatt måtte være tillatt, kommer i hovedsak fra naturgass, ifølge Periodesystemet.no, et nettsted som er laget av kjemikere ved Universitetet i Oslo.

«Helium er fanget i porøse bergarter som fungerer som lagre for olje og naturgass», skriver Svein Stølen på nettstedet. Det skal visstnok ikke være så veldig vanskelig å skille heliumet fra andre gasser i naturgassen.


USAs heliumlager utenfor Amarillo i Texas. (Foto: US Bureau of Land Management)

USA har lenge hatt tilgang til helium fra store gassbrønner. Også Algerie og Qatar har store reserver. I 2016 ble det oppdaget store heliumkilder under jorda i Tanzania, et funn som kom med på vår liste over høydepunkter fra vitenskapsåret 2016.

Prisen på helium skjøt til værs da Qatar nylig ble tvunget til å stoppe produksjonen. Forskere er bekymret både for den høye prisen og for at det ikke er nok helium til livsviktige oppgaver.

– Jeg er veldig bekymret, sa forsker Sophia Hayes til tidsskriftet Nature i fjor. Hun er en av dem som bruker helium i forskningen sin.

Ifølge tidsskriftet prøver forskere som er avhengige av helium, i ferd med å organisere seg. Både for å holde prisene nede og for å stå bedre rustet mot et mulig sammenbrudd i forsyningene.

Er det egentlig mangel på helium?

Men hvordan kan det bli mangel på et grunnstoff som produseres kontinuerlig. Det er noen som mener heliumfrykten er overdrevet.

Økonomen Tim Worstall mener for eksempel at det er feil å kalle helium en ikke-fornybar ressurs. Nettopp fordi det hele tiden dannes nye heliumatomer.

I magasinet Forbes skriver han at frykten skyldes en misoppfatning av hva en «reserve» er.

– Egentlig er det et økonomisk begrep som betyr den mengden vi har klar til bruk i den nærmeste fremtid, skriver Worstall.

Han mener at det ikke sier noe om hvor mye som faktisk finnes eller hvor mye vi vil være i stand til å produsere på lengre sikt. Det finnes mye helium i naturgass som ennå ikke er hentet opp, ifølge Worstall.

Handler om pris

Irina Slav i Oilprice.com kjøper ikke argumentet.

– Det handler om små mengder helium, og det må også være økonomisk forsvarlig, skriver Slav.

Hun regner med at verden vil fortsette å bekymre seg for heliummangelen.

– Det er alltid et spørsmål om kostnader, sier professor Stein-Erik Lauritzen ved Universitetet i Bergen i en e-post til forskning.no.

– Worstall mener at teknologisk utvikling vil kunne ekstrahere det meste, selv fra lave konsentrasjoner. Teoretisk sett er vel det mulig, men jeg vet ikke hva dagens teknologi kan klare til en overkommelig pris, sier Lauritzen.

Ifølge NRK ble prisen på helium seksdoblet mellom 2001 og 2016.

Vanskelig å holde fanget

Når sykehus og forskere bruker helium, prøver de selvfølgelig å ta vare på det. Men det er ikke så lett.

– Vi tar vare på så mye som mulig, sier professor Reidar Trønnes.

– Men vi klarer ikke å lagre det veldig lenge fordi atomene er så små. De kan trenge gjennom det meste.

Til og med gjennom korken i glassflaska heliumet er lagret på.

Folieballong

Det er også fordi atomene er så små at heliumballonger ikke er laget av samme materiale som vanlige gummiballonger.

– Gummiballonger har bitte små porer som gjør at heliumatomene unnslipper relativt lett, skriver Periodesystemet.no. Nylon belagt med aluminium har ikke de samme porene og dermed holder ballongene seg oppblåst mye lengre.

Det går likevel ikke mange dagene før det har fislet ut mange nok heliumatomer til at ballongen ikke lenger holder seg helt oppe i taket.

Etter hvert som ballongen din synker mot gulvet, sender du helium ut i evigheten for aldri igjen å bli fanget.

Kan vi bruke noe annet enn helium?

Hvis vi for et øyeblikk ser bort fra forsøplingsargumentet, er det noe annet vi kunne brukt for å holde 17. maiballongene oppe?

Vi kunne brukt hydrogen, som er enda litt lettere enn helium. Men vi gjør det ikke. Hydrogengassen er nemlig såpass eksplosiv at det vil bli som å la ungene gå med en tikkende bombe like over hodet.

Varmluft er en mulighet, kjent fra varmluftsballonger, men så var det dette med ild og små barn, da.

Neon, en annen edelgass, er også litt lettere enn luft. Men ikke så veldig mye, og det ville nok blitt en slapp ballong. Én kubikkmeter neongass kan ikke løfte mer enn 300–400 gram.

Det kan i hvert fall ikke måle seg med helium. En kubikkmeter heliumgass kan løfte ett kilo, skriver John Emsley i boka Nature’s Building Blocks. En kubikkmeter hydrogen kan løfte 1,4 kilo, men den vinninga går fort opp i spinninga hvis den eksploderer.

Heliummangel bak Hindenburg-ulykken

Helium ble først oppdaget på Jorda i 1895. Tretti år tidligere ble det observert rundt sola.

Først på 1920-tallet ble det for alvor tatt i bruk. I 1921 luftsatte U.S. Navy det første heliumfylte luftskipet «Shenandoah».

I de to neste tiårene gikk luftskip i skytteltrafikk mellom kontinentene, men det var bare amerikanerne som hadde nok helium. Dermed måtte andre nasjoner bruke den langt farligere hydrogengassen.


«Hindenburg» måtte fly på hydrogen siden det ikke var nok helium til alle. Til slutt gikk det galt. (Foto: NTB Scanpix)

Rett som det var gikk det galt. Den mest kjente ulykken (men ikke den som krevde flest menneskeliv), var «Hindenburg»-katastrofen i New Jersey i 1937.

Det tyske luftskipet hadde gjennomført flere turer over Atlanterhavet før den skjebnesvangre siste landingen der 36 mennesker mistet livet.

Da er det kanskje bedre med helium.

Annonse

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Annonse

Annonse