Естественные радиоактивные изотопы в почвах

Значительная часть естественной радиоактивности почв связана с радиоизотопами (радионуклидами) тяжелых элементов с порядковыми номерами z»82, которые образуют три радиоактивных семейства - урана (родоначальник ²³⁸U; период полураспада T_1/2=4,5· 10⁹ лет, актиния (родоначальник ²³⁵U, T_1/2=7,1· 10⁸ лет) и тория (родоначальник Th; Т_1/2= 1,4*l0¹⁰ 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 – ²⁰⁶Pb; ²⁰⁷Rb; ²⁰⁸РЬ. Большая часть промежуточных продуктов распада - короткоживущие 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 улетучивается из почвы в атмосферу.

Уран. Природный уран состоит из изотопов ²³⁴U (0,0058%), ²³⁵U (0,71%) и ²³⁸U (99,28%). Уран входит в состав многих горных пород и постоянно присутствует в почвах. Особенно высокое его содержание в фосфорных породах (до 1,2*10^-4 г/г), что определяет высокую концентрацию урана в фосфорных удобрениях и в почвах, формирующихся на богатых фосфатами пародах.

Радий. Из промежуточных продуктов распада ²³⁸U следует выделить присутствующий в почвах в следовых (по массе) количествах ²²⁶Ra (T_1/2 = 1600 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. 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 ²/₃ урана и тория в литосфере содержится в виде минеральных зерен с размерами в несколько десятков микрометров в таких минералах, как циркон ZгSiО₄ и монацит (в основном СеРО₄). 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 (Т_1/2 = 1,3· 10⁹ лет), распадающийся с испусканием бета-частиц и гамма-излучения, и, отчасти, ⁸⁷Rb (Т_1/2 = 5·10¹⁰ 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 ¹⁴С(Т₁^/₂ = 5760 лет) и тритий - сверхтяжелый изотоп водорода (Т_1/2 = 12,3 лет), образующиеся в атмосфере при взаимодействии нейтронов космического излучения с ядрами азота (¹⁴N) и поступающие в почву из атмосферы, благодаря чему их содержание поддерживается примерно на постоянном уровне.

Дата добавления: 2014-01-20