Геохимия изотопов

Геохимия изотопов — раздел геохимии, изучающий закономерности распределения изотопов элементов в природном веществе и использующий их для получения сведений о процессах формирования Земли. В природных веществах, подвергающихся очень длительным односторонне направленным или повторяющимся процессам (фракционной кристаллизации, осадкообразованию, метаморфозу и др.), вследствие незначительных различий в массах ядер слагающих их элементов происходит разделение последних на соответствующие изотопы. Это разделение, называемое изотопным фракционированием, для лёгких элементов часто достигает нескольких процентов. При современном уровне развития техники оно может быть точно измерено (±0,01–0,02 %).

Изучая физико-химическими методами процессы разделения изотопов элементов (температуры, давления, константы скоростей, константы равновесия и др.) и точно измеряя степень разделения изотопов в природных веществах, можно получить сведения об условиях образования этих веществ и процессах, протекавших в земной коре и приведших к наблюдаемому распределению изотопов. Изотопными методами можно определять температуры образования минералов и горных пород, источники вещества рудопроявлений, находить поисковые признаки минерализации и т. д. Эти методы могут дать информацию о процессах, протекающих в земной коре и глубинах планеты, которую невозможно получить никакими другими способами.

Так, например, в основу метода геологической изотопной термометрии положена зависимость константы изотопного обменного равновесия системы от температуры. При низких температурах логарифм константы равновесия (K) пропорционален 1/T, а при высоких — 1/T². В общем виде температурная зависимость lnK в системе «минерал — вода» в широком ряду температур (400–1000 °C) описывается уравнением, где A и B — постоянные, характерные для каждой обменной реакции.

Изучение в природном материале соотношений количеств близких по свойствам химических элементов используется в геохимии для изучения сравнительно быстро протекающих геохимических процессов. Стабильные изотопы элементов, вследствие особой близости их физических и химических свойств и ограниченного числа процессов их существенного разделения в природе, с успехом применяются в качестве индикаторов особо длительных природных процессов.

В СССР исследования по геохимии изотопов были начаты в 1937 году в Биогеохимической лаборатории АН СССР под руководством Вернадского и Виноградова. В настоящее время они широко развиты в ГЕОХИ АН СССР и ряде других институтов страны. В круг геохимических исследований вовлечены изотопы кислорода, серы, углерода, азота, водорода, свинца, стронция, инертных газов и др.

* Составитель: Е. И. Донцова