Радиоактивность горных пород

Радиоактивность горных пород, определяется содержанием в них радиоактивных элементов — членов радиоактивных рядов , , и радиоактивного изотопа . Содержание др. радиоактивных изотопов ( , и др.) существенно не влияет на общую Р. г. п., так как скорость их радиоактивного распада крайне мала. Среднее содержание обоих изотопов урана в земной коре (до глубины 16 км) составляет около 2,5×10-4% (весовых), тория 1,3×10-3%, радиоактивного изотопа калия 0,029%. Кроме того, в горных породах присутствуют продукты распада радиоактивных элементов, которые иногда мигрируют в окружающие породы и образуют в земной коре струи подземных газов (Не, Ar и т.д.). В почвах накапливается Rn, имеющий радиогенное происхождение.

Среди изверженных горных пород наибольшей радиоактивностью обладают кислые (U — 3,5 ×10-4; Th — 1,8×10-3), наименьшей — ультраосновные породы (U — 3×10-7; Th — 5×10-7). В кристаллических горных породах радиоактивные элементы частично входят в состав акцессорных минералов, ортита, циркона, монацита, апатита, сфена и др., а также частично присутствуют в форме окислов, химически не связанных с определёнными минералами.

Содержание радиоактивных элементов в осадочных горных породах (U — 3,2×10-4; Th — 1,1×10-3) определяется их происхождением; максимальные концентрации в органогенных осадках обусловлены присутствием углерода органического происхождения, фосфатов и др. веществ, являющихся важными осадителями урана (напротив, хемогенные осадки — гипс, каменная соль — отличаются низкой радиоактивностью).

В почвах отношение Th к U значительно выше, чем в коренных (массивных) породах, что связано с накоплением Th в неразрушаемых остатках пород и миграцией легкоподвижного U.

В молодых глубоководных морских отложениях наблюдается значительное накопление иония (изотопа Th, члена радиоактивного ряда ), в десятки раз большее по сравнению с равновесным его содержанием в уране. Это обусловлено химическими особенностями иония, благоприятствующими выпадению его из воды с осадками, в отличие от U, удерживающегося в растворе.

Кристаллические породы Луны (базальты, анортозиты) заметно обеднены радиоактивными элементами (U — 0,24×10-4,Th — 1,14×10-4), а породы Венеры характеризуются соотношениями U (2,2×10-4) и Th (6,5×10-4), близкими земным (каменные метеориты соответственно содержат U — 1,5×10-6 и Th — 4×10-6).

Английский геолог Дж. Джоли впервые (1905) обратил внимание на то, что Р. г. п. имеет важное значение как источник тепловой энергии Земли. Расчёты показали, что если бы концентрация радиоактивных элементов в объёме всей Земли была такой, как в её поверхностном слое, то суммарное количество тепла, образующегося в результате радиоактивного распада, в несколько десятков раз превышало бы потерю Землёй тепла путём излучения его в мировое пространство; из этого следовал вывод, что все радиоактивные элементы сосредоточены только в верхней зоне земной коры. Такое предположение получило частичное подтверждение в 1970-е гг. после измерения концентрации U и Th (10-6%) в образцах пород из мантии, извлечённых со дна океанов.

Норвежский учёный В. М. Гольдшмидт показал (1923—27), что содержание радиоактивных элементов в основном в верхней (гранитной) оболочке Земли связано с химическими особенностями силикатов (изоморфным вхождением U и Th в их структуру). Выплавление силикатной земной коры из мантии по принципу зонного плавления неизбежно приводит к обогащению коры U, Th и щелочными элементами.

В начальную стадию развития Земли выделение радиогенного тепла (см. Геотермика), по расчётным данным советского геофизика Е. А. Любимовой, было в 5 раз больше, чем в современную эпоху. Это было связано с большей Р. г. п. вследствие более высокого содержания радиоактивных элементов (главным образом и ), а также, вероятно, полностью исчезнувших трансурановых элементов. См. также Радиоактивные минералы.

Лит.: Любимов Е. А., Термика Земли и Луны, М., 1968: Баранов В. И., Титаева Н. А., Радиогеология, М., 1973; Тугаринов А. И., Общая геохимия, М., 1973.

А. Н. Тугаринов.