01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
06.07.2017
19.06.2017
19.06.2017
19.06.2017
15.06.2017
12.06.2017
Естественные радионуклиды
 12.09.2012

К естественным радионуклидам (ЕРН) относятся следующие.
1. Элементы первичного происхождения, существовавшие на Земле со времени ее возникновения (возраст Земли - около 4,6 млрд лет, но формирование ее элементного состава началось еще примерно за 5 млрд лет до того, т. е. 9-10 млрд лет назад). Это изотопы с периодами полураспада 10в9 -10в10 лет и более: 238U, 232Th, 40К, 87Rb и некоторые другие. Наибольшее значение среди них, в силу большой распространенности элемента и его биофильности, принадлежит калию-40.
2. Космогенные радионуклиды, которые постоянно образуются в верхних слоях атмосферы от бомбардировки потока ми космических частиц - это 14С, 3Н, 7Ве, 10Ве, 39Аr. Об их относительном значении как источников фонового облучения человека можно судить по данным, приведенным в табл. 4.1.

Естественные радионуклиды

На калий-40 в смеси изотопов этого элемента приходится всего 0,012% (содержание двух других, стабильных изотопов 39К и 41К составляет соответственно 93,1 и 6,9%), однако этого хватает, чтобы обусловить довольно заметную радиоактивность любого материала, содержащего калий. Количество 40К строго пропорционально общему содержанию калия как элемента, активность радионуклида в расчете на 1 г элемента постоянна, она составляет 31 расп/с (т.е. 31 Бк/г К). В почве при обычном 1-3,5%-ном содержании калия радиоактивность, обусловленная 40К, может составлять 300-1000 Бк/кг (приблизительно 80-95% от всей радиоактивности почвы. В теле человека при массе - 70 кг и содержании калия 0,20-0,25% ежесекундно происходит примерно 4000-5000 распадов 40К.
Уран и торий являются родоначальниками двух радиоактивных семейств, в которые входят в результате цепочек α- и β-распадов ряд других естественных радионуклидов (наиболее важные в экологическом отношении нуклиды выделены):
Естественные радионуклиды

Тяжелые ЕРН вместе с дочерними продуктами (членами радиоактивных семейств), хотя и уступают по суммарной радиоактивности калию-40, однако вносят заметный вклад в естественную радиоактивность большинства горных пород и почв. При среднем для земной коры содержании порядка 10в-3 -10в-4% наибольшие их количества наблюдаются в магматических изверженных породах - гранитах, диоритах, туфе, пемзе, апатитах. Содержание U и Th в магматических породах изменяется в такой последовательности: кислые > средние > основные > ультраосновные породы. Повышенное количество ЕРН наблюдается также у некоторых осадочных пород - глинистых сланцев, тяжелых глин, фосфоритов, а минимальное содержание - в кварцевом песке, песчаниках, каменной соли, гипсе, карбонатных породах (мраморе, известняках, доломитах).
В почвах состав и содержание тяжелых ЕРН зависят от материнских пород. ЕРН присутствуют в почвах в основном в минерально-обломочной и сорбированной формах, а носителями выступают чаще всего глинистые минералы, поэтому наибольшее количество U и Тh приходится обычно на фракцию физической глины. Торф и торфянистые почвы с малым содержанием глинистых минералов обладают обычно также низкими концентрациями ЕРН. Миграция нуклидов иногда приводит к аккумуляции ЕРН в понижениях рельефа, на испарительных барьерах в черноземах, в торфяно-глеевых почвах (отмечено на Северном Урале). Подвижность U в почве в целом заметно выше, чем Ra и Th.
Изучению поступления ЕРН в растения и их миграции в биосфере посвящены исследования В.И. Вернадского. А.П. Виноградова, В.И. Баринова, В.И. Маслова и др.
В биосферных процессах круговорота калия никаких изменении соотношения его изотопов не происходит, соответственно нет и накопления 10К. Однако повышенное содержание К как элемента, а следовательно, и повышенная естественная радиоактивность от 40К, отмечается в растениях калиефилах: грибах, клюкве (и других ягодах семейства брусничных), миндале, грецких орехах, фасоли, горохе; в меньшей степени - в картофеле. Относительно более высокое содержание 40К характерно для цветковых растений, у которых данный нуклид дает примерно 85% суммарной β-активности, тогда как низшие растения относительно больше накапливают тяжелые ЕРН и их дочерние продукты.
В условиях равновесия активность всех членов радиоактивного семейства должна быть одинаковой, а массовое содержание - пропорционально скорости распада, если бы не нарушения равновесия, вызванные миграционными процессами. С этим связаны и значительные колебания соотношений количеств урана, тория и их дочерних радионуклидов, наблюдаемые в природных условиях.
В растениях, как правило, коэффициенты накопления (КН) Ra выше, чем U и Th. Корреляции между накоплением. U и Ra практически нет. Существуют предположения, что U предпочтительно связывается гумусовыми соединениями почвы и становится менее доступным для растений по сравнению с Th.
Накопителями Rа отмечены рододендрон даурский, багульник, мхи, вереск, черника, брусника и вороника; из водных растений - элодея и роголистник. Накопителями U и Тh признаны мхи, лишайники, папоротники и другие низшие растения. Во мхах содержание U и Th обычно на порядок выше, чем в травянистых растениях того же биогеоценоза. Основными концентраторами Тh являются лишайники.
Относительно высокие концентрации 210Рh и 210Ро, дочерних продуктов распада радона, наблюдаются в лишайниках и мхах, куда они поступают преимущественно из воздуха. Часто это проявляется именно там, где имеются выделения радона из грунтов. Накоплению радионуклидов во мхах и лишайниках способствует значительная продолжительность жизни и их высокая внешняя сорбционная емкость. Кроме того, 210Рh и 210Ро в значительных количествах накапливаются в морских организмах (зоо- и фитопланктоне, водорослях, моллюсках, ракообразных, рыбах, животных). У позвоночных животных эти радионуклиды концентрируются в костной ткани.
Радиоактивность от других естественных радионуклидов, не входящих в радиоактивные семейства (87Rb, 48Са и др.). очень невелика и практического значения не имеет. Немного заметнее активность от двух космогенных радионуклидов, 14С и 3H.
Космогеняый 14С после окисления до 14СО2 вовлекается через фотосинтез в глобальный круговорот углерода и оказывается, в конце концов, равномерно распределенным по живой органической материи. Последние - 20 тыс. лет содержание 14С в биосфере оставалось практически нанесенном уровне 0,255 Бк (15,3 pacп/мин) на 1 г С. После интенсивных атмосферных испытании ядерного оружия и 1960-е гг. количество 14С в воздухе в природных водах несколько возросло (в воздухе в 2,5 раза), однако после 1970 г, содержание 14С в атмосфере и гидросфере снова стало снижаться: сказывается разбавление, вызванное массовый поступлением СО2 от сжигания ископаемого топлива (эффект Зюсса).
По прекращении включения 14СО2 радиоактивность органического материала начинает убывать в соответствии со скоростью радиоактивного распада 14C(T1/2 = 5730 лет). Исследование, состоящее в выделении чистого углерода, определении его массовой удельной активности и сравнении последней с исходной величиной (0,255 Бк/гС), положено в основу радиоуглеродного метода датирования археологических находок.
В основных видах органического ископаемого топлива (нефть, газ, уголь), возраст которых, по оценкам, составляет сотни миллионов лет, 14С не остается даже в следовых количествах.