ПОЧВОВЕДЕНИЕ. Радиоактивность почв

 

 

Радиоактивные изотопы в почвах – радий, торий, уран, калий-40, рубидий-87, углерод-14 и тритий

 

Радиоактивность почв обусловлена присутствием в них широкого набора радиоактивных элементов естественного и антропогенного происхождения. Она выражается количеством ядерных превращений (распадов) в единицу времени. В качестве единицы измерения количества радиоактивности применяется в системе СИ—беккерель (1 Бк = 1 распад/с) или используется специальная единица активности — кюри (1 Ки = 3,7 • IО"1 Бк).

 

Основная часть радиоактивности почв связана с естественными радиоактивными элементами (ЕРЭ), которые подразделяются на 2 группы — первичные (т. е. перешедшие в почву из почвообразующей породы или с геохимическим потоком) и космогенные — попадающие в почву из атмосферы, где они возникают в результате взаимодействия космического излучения с ядрами стабильных элементов. Среднемировые значения концентраций ЕРЭ в почвах создают активность около 1000 Бк/кг (25*10"' Ки/кг), но сами концентрации варьируют в очень широких пределах (не менее чем в 100 раз) в зависимости от содержания ЕРЭ в почвообразующих породах

 

Естественные радиоактивные изотопы в почвах

 

Значительная часть естественной радиоактивности почв связана с радиоизотопами (радионуклидами) тяжелых элементов с порядковыми номерами г » 82, которые образуют три радиоактивных семейства — урана (родоначальник 38U; период полураспада Т7 =4,5*10' лет), актиния (родоначальник 23 5 U; 7,1/2=7,1*10 лет) и тория (родоначальник 232Th; Г1/2=1,4х х1010 лет) Эти семейства включают соответственно 17, 14 и 12 радиоактивных изотопов, распадающихся в основном с испусканием альфа-частиц (ядер гелия); некоторые из членов семейств относятся к бета- и гамма-излучателям.

 

Конечные продукты распада в этих трех семействах представлены стабильными изотопами свинца — 20бРЬ; 207 РЬ; 208РЬ. Большая часть промежуточных продуктов распада — коротко- живущие изотопы, а их наличие в среде обусловлено постоянным пополнением в процессе распада материнских радиоизотопов.

 

 

В ненарушенных горных породах в каждом радиоактивном семействе наблюдается состояние радиоактивного равновесия, при котором количество радиоактивности каждого члена данного семейства одинаково. В почвах радиоактивное равновесие нарушено вследствие разной миграционной подвижности различных элементов, образующих радиоактивные семейства. В частности, в каждом из семейств одним из промежуточных продуктов распада является газообразный радон, значительная часть которого может улетучиваться из почвы в атмосферу.

 

Уран. Природный уран состоит из изотопов 23 4 U (0,0058%), 23 5 U (0,71%) и 23 8 U (99,28%). Уран входит в состав многих горных пород и постоянно присутствует в почвах. Особенно высоко его содержание в фосфатных породах (до 1,2'Ю4 г/г), что определяет высокую концентрацию урана в фосфорных удобрениях и в почвах, формирующихся на богатых фосфатами породах.

 

Радий. Из промежуточных продуктов распада 23 8 U следует выделить присутствующий в почвах в следовых (по массе) количествах 226Ra (Г - = \600 лет), который относится к группе щелочно-земельных элементов, т. е. является химическим аналогом элементов-биофилов Са и Mg.

 

Торий. Содержание тория в горных породах варьирует более чем в 10 раз (табл. 41). Сам торий химически относительно мало подвижен в почвах и в системе почва — растения, но этот элемент представляет интерес при изучении радиоактивности почвы, если рассматривать его совместно с дочерними продуктами распада.

 

Актиниды — торий и уран сходны по многим химическим свойствам, например по размерам ионов. Поэтому они приурочены к одним и тем же родственным минералам. По меньшей мере 2/з урана и тория в литосфере содержится в виде минеральных зерен с размерами в несколько десятков микрометров в таких минералах, как циркон ZrSi04 и монацит (в основном СеР04). Эти минералы отличаются повышенной устойчивостью к процессам выветривания и могут относительно накапливаться в продуктах выветривания горных пород и почвах.

 

Калий-40 и рубидий-87. Существенный вклад (до 50%) в естественную радиоактивность почв вносят долгоживущий радиоактивный изотоп 40К (Г1/2=1,3 • 109 лет), распадающийся с испусканием бета-частиц и гамма-излучения, и, отчасти, 87Rb ( Т , = = 5 • 10° лет), не являющиеся членами радиоактивных семейств. Концентрацию 40К в почвах легко определить, если известно содержание в них общего калия (40К составляет 0,0119% общей массы калия); кларковое содержание этого радиоизотопа в литосфере составляет 3 • 10"6 г/г. Рубидий-87 наиболее распространен в литосфере из всех природных радиоактивных ядер (кларк равен 75 • 10"6 г/г). Однако вследствие большого периода полураспада и наличия только бета-излучения его вклад в суммарную радиоактивность мал.

 

Углерод-14 и тритий — космогенные радиоизотопы. Из сравнительно короткоживущих естественных радиоизотопов, присутствующих в почвах, интерес для почвоведения представляют радиоуглерод 'С( У' 2 = 5760 лет) и тритий — сверхтяжелый изотоп водорода (Т1/2 = 12,3 лет), образующиеся в атмосфере при взаимодействии нейтронов космического излучения с ядрами азота (i4N) и поступающие в почву из атмосферы, благодаря чему их содержание поддерживается примерно на постоянном уровне.

 

 

К содержанию: Ковда, Розанов: Почвообразование

 

Смотрите также:

 

Химия почвы    Грунтоведение   Что такое радиоактивность  Радиоактивность и периодическая система

 

Радиоактивные изотопы  Радиохимия – радиохимические  Радиоактивные элементы  радиоактивность, уран и радий