2. Распространенность элементов и их изотопов.

Уран - основная масса находится в кислых породах и сконцентрирована в осадочных породах, особенно обогащённых органикой

• В земной коре 2,5·10−4% по масс

• В морской воде менее 10−9 г/л

В природных условиях распространены в основном изотопы 234U: 235U : 238U = 0,0054 : 0,711 : 99,283. Половина радиоактивности природного урана обусловлена изотопом 234U. Изотоп 234U образуется за счёт распада 238U. Для двух последних в отличие от других пар изотопов и независимо от высокой миграционной способности урана характерно географическое постоянство отношения . Величина этого отношения зависит от возраста урана. Многочисленные натурные измерения показали его незначительные колебания. Так в роллах величина этого отношения относительно эталона изменяется в пределах 0,9959 −1,0042, в солях — 0,996 — 1,005 . В урансодержащих минералах (настуран, урановая чернь, циртолит, редкоземельные руды) величина этого отношения колеблется в пределах 137,30 — 138,51; причём различие между формами UIV и UVI не установлено; в сфене —138,4. В отдельных метеоритах выявлен недостаток изотопа 235U.

Свинец – cодержание в земной  коре 1,6·10-3 % по массе

• Содержание в морской воде 0,00003 мг/л

• Содержание в почве 0,001% по массе

Распространенность Pb в различных типах пород:

Таблица 2

Содержание урана(U) в магматических породах, 10^-4

Рис 2. Содержание урана(U) в магматических породах, 10^-4

Таблица3

Основные минералы носители

3. Применение изотопных отношений для определения абсолютного возраста

Абсолютный возраст урано-ториевых минералов можно оценить свинцово-урано-ториевым методом, основанным на использовании трех процессов радиоактивного распада U²³⁸ → Рb²⁰⁶, U²³⁵ → Рb²⁰⁷, Th²³² → Pb²⁰⁸, при которых количества содержащихся в минерале радиоактивных веществ U²³⁸, U²³⁵ и Th²³² убывают со временем t по экспоненциальным законам e^-λt. Если измерять время в миллиардах лет, то постоянные радиоактивного распада λ в этих экспоненциальных законах будут иметь следующие значения: λ₂₃₈= 0.15369, λ₂₃₅=0.97216, λ₂₃₂=0.048813. Измерив в минерале содержание всех шести изотопов урана, тория и свинца, фигурирующих в приведенных выше формулах радиоактивного распада, можно найти пять изотопных отношений. Одно из них считается в настоящее время фиксированным: U²³⁸/ U²³⁵ = 137.7, остальные четыре - Pb²⁰⁶/U²³⁸, Pb²⁰⁷/U²³⁶, Pb²⁰⁸/Th²³² и Рb²⁰⁷/Рb²⁰⁶ - (из которых три независимы) позволяют получить четыре оценки возраста минерала. Близость этих оценок будет свидетельствовать о достоверности результата. Если же оценки расходятся, а сам изотопный анализ был надежным, то приходится заключить, что содержание изотопов в минерале за время его существования менялось не только из-за радиоактивного распада, но также из-за утечки или привнесения извне каких-то исходных, промежуточных или конечных продуктов радиоактивных превращений (например, вымывание урана сульфатно-карбонатными или свинца хлоридно-карбонатными растворами или утечка радона). Точность свинцово-урано-ториевого метода определения возраста минералов оценивается в 5%.

Возраст свинцовых руд, например галенита, PbS, может быть оценен при помощи грубого свинцового метода по отношениям изотопов свинца Pb²⁰⁶, Pb²⁰⁷, Pb²⁰⁸, являющихся конечными продуктами радиоактивного распада урана и тория, к нерадиогенному изотопу Рb²⁰⁴. Поскольку урана и тория в галените ничтожно мало, эти изотопные отношения практически не меняются со временем (если, конечно, не происходит ни утечки, ни привнесения извне каких-то из упомянутых изотопов), они будут тем больше, чем позднее галенит выделился из содержавшего уран и торий дорудного вещества, например магмы. Поэтому возраст свинцовой руды можно оценить по любому из отношений Pb²⁰⁶/Рb²⁰⁴, Рb²⁰⁸/Рb²⁰⁴ или Рb²⁰⁸/Рb²⁰⁴ (последнее из этих трех предпочтительнее, так как торий, вообще говоря, менее подвижен, чем уран), если как-то задать разумные «модельные» отношения урана и свинца в исходном дорудном веществе.

В табл. 4 указан возраст свинцовых руд по модели А. И. Тугаринова; первичный изотопный состав свинца в Земле в момент ее образования (первая строка таблицы) принят таким, как в железных метеоритах (практически не содержащих урана и тория; их возраст, по И. Е. Старику, оценивается в 4.5-4.6 млрд. лет, резонно допустить, что таков же и возраст Земли), а вместо соответствующих изотопных отношений урана и тория к свинцу задан современный изотопный состав свинца земной коры - такой, как в океанской воде и глубоководных илах Тихого океана (последняя строка таблицы). [Шуколюков Ю.А., 1972 г.]

Таблица 4: Возраст свинцовых руд

• 

  Рис.3 Время распада химических элементов

• 

  Рис 4 Тип распада урана 238 в свинец 206

Уравнение изохроны:

Отсюда можно получить формулы для расчета возраста:

исключив из расчетной формулы уран, получим:

где ( )rad - отношение радиогенного 207Рb к радиогенному 206Рb.

Если урансодержащий минерал в течение своего существования не испытывал ни привноса, ни выноса U и Рb, то цифры возраста, определенные по отношениям 207Рb/ 235U и 206Pb/ 238U) должны совпадать = Конкордантные возраста.

Если минерал испытал потерю свинца или привнес урана, то точка будет располагаться на диаграмме ниже конкордии (точка В). Если произошел обратный процесс, точки располагаются выше конкордии.[ Соботович Э.В.,Бартницкий Е.Н, Цьюнь О.В., 1982 г.]

Если процесс перераспределения элементов в одновозрастной U - Рb-системе произошел однократно, то точки для когенетичных минералов расположатся на прямой, которая носит название дискордия. [Шуколюков Ю.А., 1972 г.] Верхняя точка А пересечения конкордии и дискордии дает истинный возраст минералов, нижняя точка D пересечения даст время метаморфизма, приведшего к перераспределению элементов.

  Рис. 5. Конкордия и дискордия

Список литературы

1. Войткевич Г.В., Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии - М.: Недра, 1990-408-412.

2. Короновский Н.В. Изотопная геохимия сегодня // Природа, 1988, №1, с.92-97

3. Соботович Э.В.,Бартницкий Е.Н, Цьюнь О.В. Справочник по геохимии - М.: Энергоиздат, 1982.-с.- 183-211

4. Степанюк Л.М. Уран - свинцовая изотопная система // Минерал. журн.1998,- №4.-С.50-61.

5. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. Издательство Московского университета, 2000 г.-С - 100-102.

6. Шуколюков Ю.А. Геохимия радиогенных изотопов, М 1972

15