Геохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra)

4.3. Изотопы радия. Эндогенная геохимия радия практически не изучена вследствие малой продолжительности жизни его изотопов. При распаде материнских радионуклидов урана и тория изотопы радия также попадают в расплав, и скорее всего их поведение эквивалентно поведению Ва. Расчет коэффициентов распределения между породообразующими минералами и основной массой, выполненный нами по опубликованным данным (А.M.Volpe, P.E.Hammond, 1991), для вулкана St.Helens (US), показал, что в процессе кристаллизации расплава Ra ведет себя аналогично Ва (Таб. 4.2). Ва (с Ra) в небольшом количестве входит в решетку плагиоклазов в виде изоморфной примеси и имеет достаточно однородные D_Ba = 0,3-0,5.

Уран и торий отличаются существенно более низкими и нестабильными величинами D_U и D_Тh и видимо попадают в минералы в виде механической примеси. По мере увеличения возраста породы в кристаллах плагиоклаза происходит распада изотопов радия, неподкрепленных материнскими радионуклидами, и постепенно D_Ra D_U.

В пироксенах и оливинах все четыре элемента (U, Th, Ra, Ba) являются примесными атомами и характеризуются низкими, нестабильными по величине, но близкими между собой величинами D_x. Магнетиты, напротив, в большей степени обогащены U.

Рис. 4.2. Радионуклидные спектры современных вулканических пород.

Имеющиеся в литературе и наши данные указывают на отсутствие радиоактивного равновесия между изотопами радия и другими членами радиоактивных рядов в свежеизлившихся вулканических породах (Рис. 4.2). Роль кристаллизации расплава в распределении Ra невелика, о чем свидетельствует практически одинаковые величины Ra/U в основной массе и породе в целом. В качестве другой возможной причины, влияющей на разделение этих элементов, указывают на существенную роль вулканических газов, отделяющихся при вскипании расплава в процессе вулканического извержения. Значительное количество хлоридов бария среди минералов вулканических экзгаляций подтверждает такую возможность. После застывания расплава поведение атомов отдачи изотопов радия будет находится под влиянием вторичных процессов и подчиняться закономерностям, рассмотренным в Гл. 2.

В своей работе мы изучали сравнительное распределение содержаний ²²⁶Ra и ²³⁸U по разрезам лавовых потоков вулканов Камчатки: Ключевского (базальты и андезито-базальты извержений 1938, 1945, 1946, 1951, 1953, 1966 г.г.), трещинной зоны Плоского Толбачика (базальты извержения 1941г.) и Карымского (андезито-дациты извержений 1908, 1935, 1964, 1965, 1970, 1971). За период, прошедший с момента извержений, не могло произойти значимого изменения концентрации ²²⁶Ra в результате радиоактивного распада (Т_1/2=1602 г.). По разрезам лавовых потоков от плотных лав к пузыристой шлаковой корке на поверхности потока она менялась в 1,5-2 раза (при аналитической ошибке 10%).

Отношение ²²⁶Ra/²³⁸U в подавляющем числе проб оказалось больше равновесного значения. Подобные факты были отмечены и другими исследователями (Чердынцев, 1978; I.Reinitz, K.Turekian, 1989; Volpe, Hammond, 1991 и др.). Наши исследования и литературные данные позволяют предположить, что, что Ra достаточно подвижен в вулканическом процессе, способен перемещаться с флюидной фазой видимо в форме хлоридов (с Ва в виде носителя), обогащая верхнюю часть расплава относительно менее подвижного в этих условиях U. Потеря изотопов Ra расплавом сравнительно быстро компенсируется в результате их накопления из предшествующих членов рядов.

После завершения вулканического процесса хлориды Ra(Ba), осажденные на внутренней поверхности пор вулканических пород легко растворяются гидротермальными и метеорными водами, а Ra и Ba переотлагаются вблизи земной поверхности на сульфатных барьерах, хорошо изученных для многих вулканических структур. В результате в приповерхностных зонах формируются достаточно устойчивые коллекторы радия, которые являются постоянными источниками радона (Титаева, Векслер, Орлова, 1977). Радоновые аномалии известны для газо-гидротемальных систем зон активного вулканизма во всем мире, в том числе и на Камчатке, где его концентрации достигают 10⁴ Бк/дм³ (Чердынцев, 1978; Чирков, 1974; Baudron, Allard, Toutain et al, 1989; Купцов, 1990 и др.). Эти аномалии ни в коей мере не связаны с урановыми месторождениями, как предполагали ранее (Альтгаузен, 1974).