Изотопы свинца в геологии

Природный свинец представляет собой смесь четырёх стабильных изотопов с массами 204, 206, 207 и 208. Полагают, что первый из них (изотоп-204) — нерадиогенного происхождения, так как он не накапливается с течением времени. Изотопы ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb и ²⁰⁸Pb — радиогенные, конечные продукты распада соответственно урана, актиноурана и тория.

  • К настоящему времени определён изотопный состав Pb в более чем 1500 образцах галенитов, нерадиоактивных руд и других образований из различных районов мира.
  • Более 19% из них имеют аномальный изотопный состав (обогащены радиогенными изотопами), причём около 13% обладают повышенным содержанием ²⁰⁶Pb и ²⁰⁸Pb одновременно (Ранкама, 1956; Рассел, Фаркуар, 1962).
  • Источником рудного Pb с аномальным изотопным составом могут являться горные породы, прошедшие стадию глубокого метаморфизма, особенно гранитизации (Виноградов, 1960).
  • Основными факторами, определяющими изменение изотопного состава рудного Pb, являются время отторжения его от материнского источника, а также содержание в источнике U, Th и Pb.

Подавляющая часть свинца пород содержится в полевых шпатах и слюдах. Изотопный состав его зависит от:

  • содержания и изотопного состава первичного Pb;
  • содержания U и Th в породах;
  • возраста породы;
  • наличия наложенных процессов.

Кислые породы характеризуются более высоким содержанием радиогенных изотопов по сравнению с основными породами. Вариации в изотопном составе Pb пород и руд используются в геологии для решения ряда задач, в том числе для установления последовательности их образования. Повышенное содержание радиогенных изотопов Pb в нерадиоактивных минералах может быть использовано в качестве поискового признака при разведке урановых и ториевых месторождений. По Pb, содержащемуся в радиоактивных минералах, определяют их абсолютный возраст.

Современный контекст

Современные масс-спектрометрические методы (например, мультиколлекторная ICP-MS) позволяют определять изотопный состав свинца с точностью до 0,01% и работать с образцами массой менее 1 мкг. Кроме того, уточнены периоды полураспада материнских изотопов (²³⁸U — 4,468 млрд лет, ²³⁵U — 0,704 млрд лет, ²³²Th — 14,01 млрд лет), что повысило точность датировок. Современные геохимические модели (например, концепция «свинцовых парадоксов») объясняют аномалии изотопного состава Pb гетерогенностью мантии и коры, а также процессами мантийной конвекции и субдукции.