Геохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra)

2.2. Радионуклидные спектры.

Рис. 2.1.Радионуклидные спектры системы: порода-вода-донные осадки.

Для удобства одновременного рассмотрения большого числа радионуклидов, принадлежащих к одному ряду распада, наряду со стандартными изотопными отношениями, из которых наиболее известно отношение активностей изотопов урана - ²³⁴U/²³⁸U - мы предложили использовать радионуклидные спектры (Титаева, Векслер, 1977; Титаева, 1992). Радионуклидный спектр представляет собой последовательный ряд активностей (цифровой либо графический), генетически связанных взаимными превращениями радионуклидов, нормированных по активности родоначальника ряда распада (Таб. 2.1, Рис. 2.1).

Для системы порода-вода-донные осадки в распределении изотопов урана, радия и тория и соответствующих им радионуклидных спектрах (Таб. 2.1, Рис. 2.1) можно заметить некоторые общие закономерности нарушения радиоактивного равновесия в рядах распада, повторяющиеся в различных природно-климатических условиях.

1) На границе двух фаз при прочих равных условиях проявляется вляние диффузии отдачи. Дочерние изотопы (атомы отдачи) одного и того же элемента более подвижны и легче переходят из горных пород в контактирующие с ними воды, чем первичные радионуклиды - родоначальники рядов, более прочно связанные в минералах. Поэтому изотопные отношения ²³⁴U/²³⁸U и ²²⁸Th/²³²Th в горных породах, доступных для опробования, чаще всего характеризуются преобладанием активностей материнских изотопов над дочерними (< 1). Напротив, в водах зоны активного водообмена, дренирующих эти породы, указанные изотопные отношения отличаются избытком более подвижных дочерних атомов и имеют значения > 1.

2) Роль химических особенностей радионуклидов хорошо видна на примере связанных в одном ряду изотопов различных элементов.В окислительных условиях зоны гипергенеза изотопы U более подвижны, чем изотопы Th. Это наглядно иллюстрирует отношение изотопов тория и урана, каждый из которых является атомом отдачи - ²³⁰Th/²³⁴U. Во всех горных породах оно отличается избытком изотопа ²³⁰Th, а в сопряженных водах - избытком изотопа ²³⁴U. При этом каждый из сравниваемых изотопов зависит от своего носителя.

3) ²²⁶Ra и ²³⁰Th в горных породах близки по своей активности и содержатся в избытке относительно изотопов урана. Эта близость чисто формальна. Слабая подвижность актиноида "элемента-гидролизата" Th объясняется легкой гидролизуемостью его соединений в природных водах, а слабая подвижность щелочноземельного элемента Ra - его нахождением в форме радиоколлоида, следствием чего является адсорбция на поверхности твердой фазы в отсутствии носителя.

4) Кластические донные осадки, представляющие собой преимущественно продукты разрушения горных пород, в целом, повторяют их изотопные спектры, отличаясь лишь более резким отклонением от радиоактивного равновесия за счет большей удельной поверхности, доступной для выщелачивания атомов отдачи.

5) Илистые донные осадки, содержащие много органического вещества и минерального коллоидного материала, являются хорошими сорбентами и часто близки по характеру радионуклидных спектров контактирующим с ними водам. Для изотопов урана здесь основную роль играют окислительно-восстановительные условия среды: в восстановительных условиях изотопы урана накапливаются, повторяя изотопный состав воды над осадком, а в окислительных условиях промывного режима уран выносится из осадка.

Все указанные закономерности позволяют использовать перечисленные выше изотопные и радионуклидные отношения в качестве геохимических трассеров для реконструкции геохимических процессов, воздействовавших на исследуемые объекты.

Геология, тектоника, петрографический и минералогический состав пород исследованных районов подробно описаны в литературе и не являлись предметом наших исследований.