Jul05

Für besonders viel Erheiterung sorgt die Helium-Stimme und das Helium einatmen. Wie kommt dieser Effekt zustande und was ist Helium?

Ausschlaggebend für den Helium-Stimmeffekt ist die Schallgeschwindigkeit, die sich je nach Luftzusammensetzung verändert und eine Frequenzverschiebung verursacht. Erhöht sich die Frequenz, so wird auch die Stimme höher; man spricht von der Micky-Maus Stimme! Durch Einatmen von Helium-Gas wird die “normale” Luftzusammensetzung verändert – die Luft wird leichter.

Helium ist ein chemisches Element der Ordnungszahl 2, zählt zu den Edelgasen und ist farblos, geruchlos, geschmacksneutral und ungiftig. Diese Harmlosigkeit betrifft allerdings nicht das Helium einatmen.

Nach Wasserstoff ist es das zweithäufigste Element im Universum. 10 Sekunden nach dem Urknall vereinigten sich durch Kernfusion Protonen und Neutronen zu ersten Atomkernen – der grösste Teil des stellaren Heliums entstand somit beim Urknall.

Auf der Erde ist Helium rar, denn es entsteht beim Alphazerfall von z. B. Uran oder Radium und ist nicht-stellaren Ursprungs. Durch Alphazerfall  entstehendes Helium sammelt sich in natürlichem Erdgas in Konzentrationen bis zu 16 Volumenprozent, weshalb Helium durch fraktionierte Destillation aus Erdgas gewonnen wird.

Entdeckung des Heliums

Der französische Astronom Jules Janssen erhielt während der Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis vom 18. August 1868 in Indien zum ersten Mal Hinweise aufgrund einer hellen, gelben Spektrallinie im Spektrum der Chromosphäre der Sonne. Kurz darauf bestätigte der Engländer Norman Lockyer (der Gründer des Wissenschaftsmagazins Nature), dass die gelbe Linie tatsächlich im Sonnenspektrum vorhanden ist, und schloss daraus, dass sie von einem unbekannten Element verursacht wird. Da die Spektrallinie nahe der Fraunhofer-Doppel-D-Linie des Metalls Natrium liegt, nannte er die Linie D3, um sie von den D1- und D2-Linien des Natriums zu unterscheiden. Zusammen mit Edward Frankland schlugen sie vor, das neue Element Helium zu nennen, was so viel wie Sonnenmetall heisst. Dass es sich dabei um kein Metall handelte, ahnte man damals noch nicht.

14 Jahre später gelang es Luigi Palmieri durch die Spektralanalyse von Vesuv-Lava erstmals das Element Helium auch auf der Erde nachzuweisen.

Helium ist ein nicht-regenerativer Roh­stoff und ein knappes Gut.

 

Einmal in der Luft, steigt es auf und verlässt aufgrund seiner geringen Masse das Gravitationsfeld der Erde. Kein Wunder breitete sich der kürzlich gemachte Fund eines unterirdischen Helium-Gasfeldes im tansanischen Grabenbruch als Sensationsmeldung über die ganze Welt.

Dieses neu entdecke He-Gasfeld gehört zu den weltweit grössten Vorkommen. Das Entscheidende: Erstmals haben Wissenschaftler die geologischen Bedingungen identifiziert, unter denen solche Heliumvorkommen entstehen.

Lavaausfluss im Ost-Afrikanischen Graben, © Craig F. Walker, Getty Images  Vulkanische Aktivität im tansanischen Grabenbruch, © Getty Images / National Geographic RF

v.l.n.r.: Lavaausfluss im Ost-Afrikanischen Graben, © Craig F. Walker, Getty Images; Vulkanische Aktivität im tansanischen Grabenbruch, © Getty Images / National Geographic RF

Anschaulich gesprochen könnten mit dem Helium-Vorrat über 100 Milliarden He-Ballone gefüllt und ein Gewicht von etwa 1,5 Milliarden Kilogramm gehoben werden.

Im frühen 20. Jahrhundert wurden grosse Mengen Helium in Erdgasfeldern der amerikanischen Great Plains gefunden. Die Vereinigten Staaten wurden die führenden Weltlieferanten; ihr weltweiter Förderanteile lag bei 75 %, Stand 2013.

Die industrielle Bedeutung von Helium ist gross. Während des Ersten Weltkrieges verwendete man Helium-Gas als Füllgas für Sperrballone, nach dem 2. Weltkrieg brauchte man flüssiges Helium als Kühlmittel für Sauerstoff-Wasserstoff-Raketentreibstoff und andere zu kühlende Gegenstände.

Zusammenfassend findet es Anwendungen in der Tieftemperaturtechnik, besonders als Kühlmittel für supraleitende Magnete, in Tiefsee-Atemgeräten, bei der Altersbestimmung von Gesteinen, als Füllgas für Luftballons, als Traggas für Luftschiffe und als Schutzgas für verschiedene industrielle Anwendungen, z. B. beim Metallschutzgasschweissen und bei der Herstellung von Silizium-Wafern und in der Medizin.

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