ИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ
в геологии, методы изучения геол. процессов, основанные на исследовании
содержания и соотношений радиоактивных, радиогенных и стабильных изотопов
отдельных химич. элементов в горных породах, минералах, природных водах,
газах и органич. веществе.
Наиболее разработаны
Важную роль
Одним из наиболее
Изучение вариаций
Напр., наибольшее
Немалую роль
По изотопным
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
и широко применимы методы абсолютной геохронологии (см. Геохронология).
С их помощью, по соотношению радиоактивных изотопов и дочерних продуктов
их распада, напр. 235U - 207Pb; 238U -
206Pb.
232Th
<-208p
40K - 40Ar и др., определяется абс. возраст горных
пород и минералов. Методами абс. геохронологии определён возраст пород
Земли, Луны, метеоритов; по изотопному составу инертных газов (Ar, Xe и
мн. др.) судят о радиационном возрасте метеоритов (времени воздействия
на них космич. облучения). Изотопный состав инертных газов Земли и метеоритов
несёт богатую информацию об особенностях образования вещества Солнечной
системы (см. Космохи-мия). Содержание 14C( T 1/2 = 5600 лет)
в ископаемых остатках на Земле позволяет определять время их захоронения;
с помощью 14C определён возраст многих археол. находок. Различное
содержание 14C в годовых кольцах древесины деревьев может указывать
на неодинаковую интенсивность образования его в атмосфере прошлых геол.
периодов, связанную с периодами изменения интенсивности космич. облучения
планеты. По парам 230Io - 232Th;
230Io
- 221Ra, а также по абс. содержанию радиоактивных
14C
и 10Be в донных отложениях океанов и морей определяются скорость
и время накопления различных донных морских осадков; средняя продолжительность
накопления неконсолидированных осадков в океане достигает 150*106
лет.
в геол. исследованиях играет вариация в содержании стабильных изотопов.
Несмотря на небольшое различие в физ. и хим. свойствах изотопов при нек-рых
геол. процессах происходит фракционирование (разделение) изотопов отдельных
хим. элементов. Наибольший эффект фракционирования характерен для лёгких
элементов - H, С, N, О, S и др., т. к. для них относительная разница в
массах изотопов наибольшая. Различия в свойствах изотопов тяжёлых элементов
малы и на совр. уровне измерительной техники трудно определяются. Измерения
ведутся на масс-спектрометре по отношению к эталонам, изотопный состав
к-рых принимается всеми лабораториями мира. Результаты измерений выражаются
в величинах 6, показывающих, на сколько % или 0/
в эталоне.
распространённых процессов фракционирования стабильных изотопов является
изотопный обмен. Глубина разделения изотопов определяется кинетическими
и термодинамич. факторами. При высокой темп-ре фракционирование минимально,
при низкой - максимально. При обычной темп-ре наиболее восстановленные
соединения С, S, N содержат больше лёгкого изотопа; высокоокисленные их
соединения содержат больше тяжёлого изотопа, напр.:
состава стабильных изотопов позволяет решать одну из важнейших задач геохимии
- восстановление истории атомов, путей их миграции Б течение геол. процессов.
Так, выделение 4He и 3He, а также других изотопов
нейтральных газов при вул-канич. извержениях, особенно в областях срединно-океанич.
хребтов, позволяет изучать глубинные процессы, идущие в мантии Земли. Испарение
водных масс с поверхности океанов и морей сопровождается разделением изотопов.
В водяном паре изотопный состав водорода ('Н/2Н) и кислорода
(16О/18О) легче, чем в морской воде. Пары воды содержат
преим. 1H
изотопов, и первые капли дождя содержат более "тяжёлую" воду, чем последующие.
Наиболее "лёгкая" вода кристаллизуется в виде снега и льда в полярных областях,
напр, в Антарктике, где содержание 2H в различных слоях снега
и льда зависит от того, в каком сезоне года они накапливались. Пресные
воды легче морских, и их изотопный состав иногда имеет сезонные колебания.
При изотопном обмене между разными компонентами устанавливается равновесие
реакции, напр.: C10O
<-> H
+ C16O18O. Так, образование карбонатов в условиях
термодинамич. равновесия с раствором сопровождается смещением изотопного
состава кислорода. Величина этого смещения зависит от темп-ры.
обогащение карбоната кальций (СаСОз) изотопом 18O происходит
при осаждении СаСОз в холодной воде. Зависимость фракционирования изотопов
от температуры, при к-рой протекает реакция, была положена в основу палеотермометрического
метода; так, изучение изотопного состава кислорода известковых скелетов
ископаемых морских организмов позволяет определять тсмп-ры древних морей.
Метод настолько чувствителен, что по кольцам роста раковин устанавливаются
сезонные колебания темп-ры древних морей.
в изучении геол. процессов играют изотопы серы. Изотопный состав серы в
горных породах и минералах Земли подвержен значит, колебаниям. За стандарт
изотопного состава серы принимается сера метеоритов. Обычно измеряются
вариации в отношениях наиболее распространённых изотопов 32S/34S.
Осн. процесс изотопного фракционирования серы связан с перераспределением
изотопов между окисленными (сульфатами) и восстановленными (сульфидами)
соединениями серы. Изотопное фракционирование в геол. процессах могло начаться
только после появления окисленных соединений серы, т. е. после появления
на Земле свободного кислорода. Поэтому, изучая изотопный состав серы древних
отложений, можно определить время формирования кислородной атмосферы Земли.
Важным механизмом разделения изотопов серы является восстановление сульфатов.
В условиях низких темп-р восстановление обычно идёт с помощью сульфатреду-цирующих
бактерий. Образующийся сероводород обогащается лёгким изотопом серы, а
оставшийся сульфат утяжеляется. Вся сера сульфидных соединений прошла стадию
биогенного окисления, в результате чего изотопный состав серы, напр., океанич.
сульфатов утяжелён на неск. % по сравнению с серой метеоритов. Эта величина
служит важной планетарной константой. Изотопный состав серы месторождений
сульфидов цветных тяжёлых металлов позволяет восстанавливать историю атомов
серы до момента их фиксации в рудах и решать вопрос об источнике рудного
вещества. В частности, выясняется большая роль в рудообразовании серы,
которая прошла стадию редукции сульфатов. Установлено, что в магматич.
процессы часто вовлекается вещество осадочных пород.
отношениям углерода 12C/13C выделяются два вида соединений.
Одним свойственно повышенное содержание тяжёлого углерода
, напр. углерод осадочных карбонатных отложений; другим - лёгкого (б13C