Глава 29. ПОДВИЖНЫЕ И СЛАБОПОДВИЖНЫЕ ЛИТОФИЛЬНЫЕ ВОДНЫЕ МИГРАНТЫ

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Радий — Ra (88; 226,0254)

Радий открыт Марией Кюри в 1898 году в урановой руде из Яхимова (Чехия). Химия и геохимия этого металла детально изучались в первой половине XX столетия. С началом практического использования атомной энергии на основе U интерес к Ra сильно упал. Все же геохимия Ra изучена хорошо. При радиоактивном распаде урана и тория образуется целая серия радионуклидов, каждый из которых обладает различной продолжительностью жизни.

Так, например, уран-238 в результате альфа-распада превращается в торий-234 (период полураспада U — 4,5 млрд. лет). Только такой колоссальный период полураспада позволил U дожить до наших дней, хотя за прошедшие 4,5 млрд. лет (возраст Земли) его количество и уменьшилось вдвое. Торий-234, напротив, короткоживущий изотоп с периодом полураспада 23,8 дня. В результате бета-распада образуется радиоактивный протоактиний-234, в свою очередь быстро (бета-распад 0,5 — 1,15 минуты) превращающийся в уран-234. Последний сравнительно долгоживущий — его период полураспада 2 млн. лет. В результате альфа-распада уран-234 превращается в торий-230, получивший наименование иония.

Его период полураспада 90 тыс. лет. В результате альфа-распада иония образуется радий-226 с периодом полураспада 1590 лет. Поэтому на Земле давно не было бы Ra, если бы он постоянно не возникал в результате радиоактивного распада U и Th. Вслед за этими "прародителями" Ra аккумулируется в верхней части земной коры. На примере геохимии Ra особенно видна зависимость минералообразования от кларка. По химическим свойствам он — типичный щелочноземельный металл, причем растворимость сульфата радия меньше, чем сульфата Са. И все же в природе не известны радиевые аналоги барита, целестина, гипса. Радий вообще не образует самостоятельных минералов, что обусловлено его крайним рассеянием — сверхнизким кларком, близким к 1.10~Ю%. Поэтому его миграция подчиняется особым геохимическим законам так же, как "особая химия" управляет его поведением в лабораториях. Это законы сорбции, сокристаллизации, соосаждения.

Своеобразие геохимии Ra состоит в том, что химически он близок к другим щелочноземельным элементам (особенно к Ва), но в своем образовании связан с U. Поэтому в одних процессах основное значение приобретает аналогия с Ва, в других — связь с U, причем наиболее важна последняя. В биосфере важнейшее значение для концентрации Ra в породах, почвах и илах имеет сорбционный барьер, меньшее биогеохимический — поглощение живым веществом.

В породах и минералах радий часто находится в равновесии с ураном: Ra/U =

3,36.10"7, но нередко это равновесие нарушается в обе стороны. Иногда сдвиг в сторону Ra составляет сотни и даже тысячи процентов: U в системе практически отсутствует (намного ниже кларка), Ra, наоборот, находится в относительно значительных количествах (п.10~9% и более).

Если бы радий был непосредственным продуктом распада U, то его самостоятельное существование было бы геологически кратковременным — за десятки тысяч лет он разложился бы полностью. Длительное существование Ra независимо от U возможно в связи с тем, что родителем 226rs является радиоактивный изотоп тория ионий. Период его полураспада составляет 8,3.1 лет, в равновесии с ним часто оказывается и Ra. По химическим свойствам и, следовательно, по миграции в земной коре уран и ионий различны — последний менее подвижен. Поэтому имеются обстановки, в которых уран выносится, а малоподвижный ионий остается и в равновесии с ним остается радий. Время существования радия в подобных системах измеряется уже не десятками, а сотнями тысяч лет.

Благодаря высокой ионизирующей способности, радий губителен для живых организмов. Его канцерогенные свойства сыграли роковую роль в жизни первого поколения исследователей-радиологов — многие заболели раком кожи и другими формами рака. Однако кларковые природные концентрации Ra, вероятно, безвредны, так как жизнь в ходе длительной эволюции приспособилась к фоновой радиоактивности среды.

У растений нет физиологических барьеров, препятствующих поглощению Ra, причем его количество в них может превышать содержание в питающей среде в сотни раз. Предполагается, что способность к энергичному поглощению Ra возникла уже на первых этапах развития жизни, причем для первичных организмов важны были не только химические свойства элемента, но главным образом его радиоактивность — источник дополнительной энергии (особенно в период становления фотосинтеза). Это свойство могло передаться и более сложным формам жизни. Естественно также предположить, что относительно высокие содержания Ra характерны для семейств, возникновение которых связано с районами повышенной радиоактивности — урановыми провинциями, аридными территориями, районами развития гранитоидов и углеродистых сланцев (А.И. Перельман).

В связи с распадом U количество радия в биосфере уменьшилось за время геологической истории. В ландшафтах его содержание зависело и от климатических, и от тектонических условий. Эпохи спокойного тектонического режима с теплым и влажным климатом (например, начало каменноугольного периода, нижняя юра и др.) характеризовались энергичным выносом Ra из ландшафтов и, соответственно, низкой радиоактивностью среды. Напротив, зпохи горообразования и магматизма, широкого развития сухих климатов и выхода на поверхность гранитов были отмечены более высоким содержанием в ландшафтах этого металла, а следовательно, и большим влиянием ионизирующих излучений на эволюцию организмов.

История радия в ноосфере полна превратностей — резкого изменения интереса к нему. В начале XX в. он извлекался из урановой руды, главным образом с научными целями. Вскоре, однако, обнаружилось его терапевтическое значение при лечении некоторых форм раковых заболеваний. В мире усилился интерес к урановым рудам, тонны которых перерабатывались для извлечения граммов радия (1 т U содержит исходя из радиоактивного равновесия, 0,336 г Ra). До 1940 г. всего было добыто свыше 2 кг Ra. По технофильности он не очень сильно отличался от V, Mg, Al. Следовательно, в единицах кларков человечество в то время извлекало Ra в тех же масштабах, что и другие элементы.

Радий принадлежит к числу элементов, которые природа рассеивает, а человек концентрирует.

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов