Геохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra)

Поведение изотопов радиоактивных элементов в системе почва-растение зависит как от химических свойств элементов, так и от форм нахождения их в почвах, прежде всего - доступности для растений. Все рассмотренные в настоящей работе радиоактивные элементы не являются биогенными, то есть необходимыми для жизнедеятельности растений. Это значит, что для них существует биологический барьер, препятствующий их переходу из питающей среды в растения. Основным параметром, которым пользуются для оценки интенсивности поступления химических элементов из почвы в растение, является коэффициент накопления КН=концентрация в растении/концентрация в почве. Для всех исследованных районов KH для всех изотопов U и Th в высших растениях < 1, а для изотопов Ra > 1, что соответствует литературным данным. Такое распределение объяснимо с геохимических позиций: носители радионуклидов ²³⁸U и ²³²Th не являются биогенными элементами, для них существует корневой барьер, благодаря которому КН обратно пропорционален концентрации этих элементов в корнеобитаемом слое почв (Титаева, Таскаев, 1983). Для щелочноземельных элементов (Sr, Ba, Ra ) носителем в той или иной степени является биогенный элемент Са.

Хорошо известно, что наиболее легко растения способны извлекать химические элементы из водных растворов. Но, кроме того, они извлекают элементы, в том числе и радионуклиды, из твердой фазы почв благодаря своим кислым корневым выделениям. Здесь доступность для растений уже связана как с формами нахождения радионуклидов в корнеобитаемом слое почв, так и с природно-климатическими особенносями, определяющими характер почвообразующих процессов. На примере Ra, Th, U было показано, что растения способны извлекать подвижные формы радионуклидов из минерально-обломочной фракции почв. Аккумуляция радионуклидов на гумусовом веществе и переход их в необменные формы, растворимые лишь в щелочах, делает радионуклиды слабо доступными для растений. Примером может служить Таб. 2.5, где сравниваются КН для растений разных районов и коэффициенты водной миграции K_x.

К_х=100*m_x/a*n_x , где m_x - содержание элемента Х в воде; а - минерализация воды; n_x - процентное содержание элемента Х в водовмещающих породах (Перельман, 1979).

Для районов Полярного Урала и Среднего Тимана радионуклиды в подстилающих породах в основном сконцентрированы в редкоземельных акцессорных минералах, а для Северного и Южного Урала преобладают рассеянные формы в породобразующих минералах (Титаева, Таскаев, 1983).

Согласно данным Таб. 2.5, наблюдается обратная зависимость между КН и К_х, особенно четко проявленная для урана. Для районов Полярного Урала и Тимана, где U и Th изоморфно входят в минералы редкоземельных элементов и слабо подвижны в водных растворах, естественно, коэффициенты их водной миграции минимальны. В то же время из этих минеральных форм кислые корневые выделения извлекают относительно высокие количества не только урана, но и тория, что приводит к сравнительно высоким КН.

В аналогичном Тиману по природно-климатическим условиям районе Северного Урала преобладают рассеянные формы урана и тория в подстилающих гранитах, которые сравнительно легко извлекаются природными водами, а затем прочно связываются почвенным гумусом и становятся слабо доступными для растений.

Для черноземов Южного Урала, где уран, вынесенный карбонат-содержашими водами из пород и продуктов их разрушения, в значительной степени прочно связан со слаборастворимыми гуматами Са, подобный процесс особенно характерен. Th в этих условиях, видимо, перемещается лишь в пределах почвенного профиля и переотлагается на карбонатных испарительных барьерах. Кислые корневые выделения легко растворяют карбонаты, но не способны разрушить гуматы Са. Поэтому здесь для U отмечены минимальные по сравнению с другими районами КН, а для Th - максимальные.

КН радия также зависят от форм нахождения в породах материнских радионуклидов. Но эта связь менее жесткая, так как во всех случаях он является атомом отдачи и ведет себя в северных районах как радиоколлоид. Также как и для U, коэффициенты накопления радия минимальны в черноземах лесостепной зоны, где изотопы Ra прочно связаны в практически нерастворимых гуматах Са и сульфатах Ва.