Радиоактивность горных пород

Радиоактивность горных пород — это содержание в горных породах радиоактивных элементов: урана (U), тория (Th), продуктов их распада, а также калия (K) и рубидия (Rb). Абсолютная активность остальных элементов в 10³–10¹⁷ раз ниже.

Радиоактивность горных пород играет важную роль в тепловом балансе Земли (см. радиоактивное тепло). Из таблицы средних содержаний радиоактивных элементов в горных породах видно, что содержание радиоактивных элементов в магматических породах возрастает с увеличением их кислотности или щёлочности. Концентрация урана и тория в процессе дифференциации магм закономерно изменяется. Начальным и ранним этапам магматизма отвечает низкая радиоактивность горных пород, средним и поздним — высокая; интрузии конечных фаз иногда характеризуются снижением радиоактивности.

Некоторые исследователи отмечают уменьшение радиоактивности горных пород с уменьшением их абсолютного возраста (до 3–4 раз по урану при переходе от молодых образований к древним). Уран обладает свойством концентрироваться в периферических частях гранитных интрузий, что определяет неравномерную радиоактивность гранитоидов.

В изверженных породах уран присутствует в следующих формах:

• в виде изоморфной примеси в акцессорных минералах ториево-редкоземельной (преимущественно иттриевой) группы;
• в рассеянной форме в породообразующих минералах, предположительно в виде уранилиона в адсорбированном или растворённом состоянии;
• в виде собственных минералов.

Изоморфная и рассеянная формы являются для урана основными. Торий в изверженных породах присутствует в основном в акцессорных минералах ториево-редкоземельной (преимущественно цериевой) группы в виде основного элемента или примеси. Калий и рубидий связаны с породообразующими минералами.

Радиоактивность терригенных осадочных пород близка к радиоактивности магматических образований. Существует тенденция повышения радиоактивности этих пород с увеличением содержания глинистого материала. Песчаники обладают повышенной радиоактивностью при наличии в них акцессорных радиоактивных минералов.

Высокая радиоактивность, связанная с накоплением урана и тория, характерна для осадочных пород:

• бокситов (8·10⁻⁴% U и 42·10⁻⁴% Th);
• бентонитов (5·10⁻⁴% U и 24·10⁻⁴% Th).

Среди осадочных пород повышенными концентрациями урана выделяются:

• морские фосфориты (50–300·10⁻⁴%);
• некоторые чёрные сланцы (до 100·10⁻⁴%);
• костные остатки рыб и бурые угли.

Радиоактивность растворимых солей обусловлена в основном содержанием калия.

Радиоактивность метаморфических пород изучена недостаточно. Установлена тенденция уменьшения радиоактивности горных пород при региональном метаморфизме. Процессы графитизации, наоборот, приводят к обогащению пород ураном (в графитах — до 41·10⁻⁴%, в графит-кварцевых сланцах и графитовых филлитах — до 25·10⁻⁴%).

Содержание радиоактивных элементов в почвах унаследовано от материнских пород. Почвы, развитые на кислых породах, отличаются наиболее высокой радиоактивностью. За счёт наложенных процессов гипергенной миграции радиоактивных элементов (в том числе продуктов распада урана и тория) радиоактивность почв может заметно отличаться от радиоактивности материнских пород. Многие элювиальные почвы обеднены ураном и калием по сравнению с материнской породой, а пойменно-аллювиальные почвы — обогащены ураном.

Во многих случаях (особенно в гумусовых горизонтах) наблюдается смещение радиоактивного равновесия между ураном и радием (Ra) и изменение торий-уранового отношения по сравнению с материнскими породами. Содержание радиоактивного изотопа ⁴⁰K в природной смеси калия составляет 0,012%.

Ю. П. Тафеев, А. Г. Андреев