Геохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra)

4.2. Изотопы урана. Систематика изотопного отношения ²³⁴U/ ²³⁸U в cовременных вулканических породах была нами изучена на примере исторических извержений вулканов Курило-Камчатской дуги, в том числе и образцов горячей лавы, отобранных непосредственно во время извержения Новых Толбачинских вулканов с целью исключения вторичного экзогенного или гидротермального воздействия. Анализ образцов показал, что в магматическом расплаве изотопы урана находятся в радиоактивном равновесии и отношение активностей ²³⁴U/ ²³⁸U = 1 (Титаева, 1983). Это не противоречит имеющимся в литературе данным (В.В.Чердынцев, 1978). Действительно, нет механизма, который мог бы привести к значимому разделению этих изотопов в расплаве, и радиоактивное равновесие, если оно и было нарушено в процессе частичного плавления, успело восстановиться за время формирования магматического резервуара. ²³⁸U и в расплаве должен являться носителем для других изотопов урана.

Согласно нашим расчетам, в застывшей лаве значимое количество атомов отдачи ²³⁴U может накопиться не ранее, чем через 40 тыс. лет (Титаева, Ананьев, Аникина, 1977), следовательно влияние экзогенного воздействия на изотопный состав можно будет заметить только в породах старше этого возраста.

Обнаруженные нами и другими авторами эпизодические отклонения от равновесного значения в изотопном составе урана в вулканитах легко объяснимы. Величины отношения ²³⁴U/²³⁸U < 1, свидетельствующие о выщелачивании урана, встречаются либо в породах старше 40 тыс. лет, либо - в вулканических бомбах, содержащих фрагменты более древних пород вуланического аппарата, захваченные жидкой лавой. Например, в образце вулканической бомбы, выброшенной во время извержения вулкана Алаид (Курилы) в 1972 г, величина ²³⁴U/²³⁸U = 0,860,05, а в лавовом потоке она соответствовала равновесию (0,990,05). Даже интенсивное кислотное выщелачивание в кратере не влияет на изотопный состав U в молодых лавах. Так, базальты вулкана Малый Семячик, излившиеся в XVIII- XIX веке, имеют изотопное отношение U, равное 1,030,05. Аналогичное отношение характерно и для продуктов кислотного разложения этих базальтов в кратере.

Значительно реже встречается иной характер неравновесия - избыток дочернего ²³⁴U. Обычно такой состав имеют минералы современных гидротерм и фумарол. Изотопный состав фумарольных минералов является чутким индикатором происхождения U в вулканических газах. Так, уран в возгонах высокотемпературных фумарол на конусах Новых Толбачинских вулканов после извержения имел равновесный изотопный состав, аналогично горячим базальтам, отобранным в период извержения (²³⁴U/²³⁸U =1,020,02), что свидетельствовало об эндогенной природе U в фумарольных газах. В сравнительно низкотемпературных фумаролах и гидротермах более древнего кратера вулкана Узон изотопное отношение отличалось избытком ²³⁴U, что указывало на процесс выщелачивания урана флюидами и растворами из более древних пород вулканического аппарата, в которых уже накопились атомы отдачи ²³⁴U.