«Н.К. Чертко ГЕОХИМИЯ Учебное пособие для студентов геологических специальностей вузов Минск ...»

Кларк радона в земной коре n10-16%, атмосфере – 710-17%, речных и пи тьевых водах содержится 0,37–3,7 Бк/л, артезианских 10–40 Бк/л, лечебных водах – более 100 кБк/м3.

Строительные материалы могут быть сильным источником радона (в 1000– 5000 раз больше по сравнению с фоном). Радон накапливается в помещениях с пластиковыми материалами и красками на эпоксидной основе. Источник получе ния – 226Rn. ПДК 222Rn в воздухе рабочих помещений – 3.10-11 Ки. Превращается в Po, 210Pb, 210Bi.

Средняя концентрация элемента в воздухе жилых помещений составляет 25 Бк/м3. При этом риск заболевания раком легких составляет 3–4 случая на человек, при 200 Бк/м3 – 30–40 случаев.

ФРАНЦИЙ Радиоактивный металл с коротким периодом полураспада (20,0–21,8 мин).

В природе не встречается. Ничтожное количество его образуется в урановых ру дах. Получается в следовых количествах из актиния при нейтронной бомбарди ровке радия. Число изотопов с учетом ядерных изомеров 30. Встречается в при роде 223Fr (Т1/2 = 21,8 мин), распад идет с выделением и частиц.

Радиус Fr+ – 180, атомный – 270 пм. Основная линия в атомном спектре – 717,7 нм.

РАДИЙ Радиоактивный элемент, в природе встречается в урановых рудах. Взаимо действует с кислородом и водой. Радиевых минералов не существует, рассеян в природе Число изотопов с учетом ядерных изомеров 25. Встречаются в природе Ra (T1/2 = 1600 лет), 228Ra (T1/2 = 5,75 лет), 223Ra (T1/2 = 11,43 дня), 224Ra (T1/2 = 3,66 дня) с выделением и частиц, а 228Ra – и -частиц. Радиус Ra2+ – 152, атомный – 223 пм. Основная линия в атомном спектре – 381,442 нм.

Кларк радия в земной коре 6,010–11%, почве – 810–11, золе растений – – 210 %, речных водах – 0,01 мкг/л.

В организме человека содержится 2,6410–11% радия, в костной ткани – 410, мышцах – 0,2310–13%, крови – 6,610–9 мг/л. Суточное потребление с пи – щей – 2,2 пг 226Ra. Период полувыведения 18 лет. В организме ведет себя анало гично кальцию.

Растение-концентратор – бразильский орех.

АКТИНИЙ Радиоактивный мягкий токсичный металл с максимальным периодом по лураспада 21,77 года (227Ac). Реагирует с водой с выделением водорода. В природе встречается в следовых количествах. Продукт разложения 235U, спутник урановых руд.

Число изотопов с учетом ядерных изомеров 26. В природе известны следы Ac и 228Ac, они распадаются соответственно в течение нескольких дней и часов с образованием и частиц. Основная линия в атомном спектре – 408,844;

416,840 нм.

ТОРИЙ Радиоактивный малотоксичный металл, рассеян в природе. Защищен окси дной пленкой. Взаимодействует с водяным паром и медленно с кислотами. Спла вы тория могут быть твердыми.

Число изотопов с учетом ядерных изомеров 25. Распространен в природе Th (100%) с наиболее длительным периодом полураспада (Т1/2 = 1,4· 1010 лет).

Распад идет с образованием и частиц. Радиус Th3+ – 101, Th4+ – 99, атомный – 179,8 пм. Основная линия в атомном спектре – 401,914 нм.

Кларк тория в земной коре –12·10–4 % (1.10-3). Концентрации изменяются в широких пределах в зависимости от петрохимического состава. Прослеживается рост его содержания от ультраосновных (5·10–7) к кислым (1,8·10–3%) породам.

Особенно заметно нарастает содержание в породах щелочного ряда до 6,5·10–3%, в речных водах – 0,1 мкг/л.

Основной источник тория – монацитовый песок, включения в пегматитах, цирконе и сфене. Соли тория сильно гидролизуются, выделяя гидрат ThO2. Боль шинство из них устойчивы и трудно растворимы. В качестве примесей торий вхо дит в оксиды, силикаты. Встречается в породах от ультраосновных дунитов до кислых гранитов. Торий выделяется с момента телокристаллизации гранитных и щелочных магм в виде изоморфной примеси в апатитах, цирконах и ортитах по следних стадий магматического процесса. Значительная часть его уходит в пегма титовые расплавы гранитов и нефелиновых сиенитов с образованием основной части ториевых соединений. В земной коре торий находится в рассеянном состоя нии, его в два раза больше, чем урана. Накапливается механически или абсорбци онно.

Торий встречается в оксидах, силикатах, титанотанталониобатах, фосфа тах, карбонатах. Главные минералы: торианит (Th5U)O2, торит ThSiO4, феррито рит (Th,U,Fe)SiO4.H2O, эшинит (Ce, Th)(Nb, Ti2)O6, прирорит (Y, Th)(Nb, Ti)2O6, монацит (Ce,Th)(P,Si)O4. Наиболее высокие содержания ThO2 в торианите (от до 93%), в ураносодержащих минералах его количество изменяется от 1 до 25% в монаците.

В эндогенных условиях близость ионных радиусов способствует широкому проявлению изоморфизма с редкоземельными элементами, Y, U. По мере сниже ния температуры в постмагматический этап происходит разделение урана и тория с группой редкоземельных элементов, которые накапливаются в щелочных ком плексах пород. Наиболее благоприятны для накопления тория карбонатиты, сие ниты и другие щелочные породы, щелочные граниты. В изверженных породах концентрируется в виде ториевых и торийсодержащих минералов, последних в природе гораздо больше. Они устойчивы в зоне окисления.

В экзогенных условиях встречаются в виде россыпей ториевых и то рийсодержащих минералов.

Геохимический барьер – кислородный. Элемент слабо подвижный в боль шинстве геохимических обстановок. Частично мигрирует в сильнокислой среде.

В организме человека содержится 30 мкг тория. Суточное потребление с пищей – 3 мкг. Период полувыведения – 14 лет. Концентрируется в костях.

Используется в преломляющихся материалах, ядерных топливных эле ментах, газонепроницаемых оболочках.

УРАН Радиоактивный металл, занимающий ведущее положение среди радио активных элементов по длительности периода полураспада 238U (4,46.109 лет). В геохимии ведущее положение занимает устойчивый ион U6+, в который переходят ионы четырехвалентного урана. Лишь один минерал уранинит (смоляная руда) отнесен в своей основе к U 4+. Однако соединения типа UO2 быстро окисляются в кислых растворах, переходя в промежуточный оксид, который называется закись окись урана (U3O8). Его называют урановой смоляной рудой.

Кларк урана 2,4.10-4% (2,6.10-4).

В природе известно около сотни минералов, содержащих в узлах своих решеток ионы урана. Среди них на долю минералов урана с высшей степенью окисления относится 75%. Это гидраты, соединения с сильными кислотами, ком плексные кислоты. Шестивалентный ион урана является амфотерным оксидом. С сильными кислотами он представляет типичное основание, со слабыми – образует комплексные анионы, которые могут нейтрализоваться сильными катионами. Ти пичные ионы урана – [UO2]2+, [UO4]2-.

Ряд соединений урана летучи (карбиды, галоиды, ураниловые соединения), поэтому в период выделения летучих комплексов элемент уходит в пневматоли ты, где дает начало образованию урановых смолок при наличии висмута, серебра, никеля, кобальта вместе с карбонатами железа, кальция и магния.

В гипергенной зоне уран начинает новый цикл миграции: усиливается дис персное состояние, образуются подвижные неустойчивые коллоидные системы (урановая охра), накапливается в органическом веществе.

ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Алексеенко В.А. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых: Учебник. Изд. 2-е, переработ. и доп. – М.: Высшая школа, 2000.

2. Барабанов В.Ф. Геохимия. – М.: Недра, 1985.

3. Бордон В.Е. Геохимия и металлоносность осадочного чехла Белоруссии. – Мн.: Наука и техника, 1989.

4. Бордон В.Е., Ольхович Е.Т. Петрология и геохимия кристаллических пород докембрия Беларуси. – Мн.: Наука и техника, 1977.

5. Войткевич Г.В. и др. Краткий справочник по геохимии. – М.: Недра, 1974.

6. Жариков В.А. Основы физической геохимии: Учебник.- 2-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во Моск. ун-та. Наука, 2005.

7. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник. – М.: Недра:

кн. 1 – 1994;

кн. 2 – 1994;

кн. 3 – 1996. – М.: Экология: кн. 4 – 1996;

кн. 5 – 1997;

кн. 6 – 1997.

8. Интерпретация геохимических данных: Учебное пособие / Под ред.

Е.В.Склярова. – М.: Интернет Инжиниринг, 2001.

9. Овчинников Л.Н. Прикладная геохимия. – М.: Недра, 1990.

10. Перельман А.И. Геохимия. – М.: Высшая школа, 1989.

11. Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых: Учебник. – М.: Недра, 1985.

Дополнительная 1. Белыбердин В. Тайны зарождения Вселенной. – М.: Рипол Классик, 2002.

2. Бордон В.Е., Матрунчик Л.И. Геохимическая зональность платформенного чехла Беларуси. – Мн.: Наука и техника, 1990.

3. Борисов М.В., Шваров Ю.В. Термодинамика геохимических процессов. – М.: Изд-во МГУ, 1992.

4. Вернадский В.И. Труды по геохимии. – М.: Наука, 1994.

5. Геология Беларуси / А.С. Махнач, Р.Г. Гарецкий, А.В. Матвеев и др. – Мн.:

Институт геологических наук НАН Беларуси, 2001.

6. Геохимия глубинного вещества Земли/ Ю.С.Геншафт и др. –М.:

Наука,1989.

7. Голубев В.С. Динамика геохимических процессов. – М.:Недра, 1981.

8. Горбунов Н.И. Минералогия и коллоидная химия почв. – М.: Наука. 1974.

8. Дуденко Л.Н. Геохимические структуры эндогенных систем. – Л.: Недра, Формат: Список Ленингр. отдел., 1981.

9. Жуховицкая А.А., Генералова В.А. Геохимия озер Белоруссии. – Мн.: Наука и техника, 1991.

10. Загрузина И.А. Практическая геохронометрия. – М.: Наука, 1991.

11. Короновский А.В. Общая геология : Учебник. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 12. Кузнецов В.А. Геохимия речных долин. – Мн.: Наука и техника, 1986.

13. Кусков О.Л., Хитаров Н.И. Термодинамика и геохимия ядра и мантии Зем ли. – М.: Наука, 1982.

14. Лукашев К.И., Лукашев В.К. Геохимия ландшафтов. – Мн.: Вышэйшая школа, 1970.

15. Максимов Е.М. Ритмы на Земле и в космосе. – СПб.: Изд-во С-П. универ ситета, 1995.

16. Минеев Д.А. Геохимия и минералогия редких элементов: Учебное пособие.

– М., 1982.

17. Москалев Ю.И. Минеральный обмен. – М.: Медицина, 1985.

17.Н.Н. Левых. Коры выветривания запада Восточно-Европейской платформы. Формат: Список Мн., 1999.

18. Озима М., Подосек Ф. Геохимия благородных газов. Пер. с англ. – Л.:

Недра, 1987.

19. Питулько В.М., Крицук И.Н. Основы интерпретации поисковой геохимии.

– Л.: Недра. Ленингр. отделение, 1990.

20. Покровский Б.Г. Коровая контаминация мантийных магм по данным изо топной геохимии: Труды ГИН РАН. Вып. 535/ Отв. ред. В.И.Виноградов. – М.: Наука, 2000.

21. Полезные ископаемые Беларуси // Редкол.: П.З. Хомич, С.П. Гудак, А.М.

Синичка и др. – Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2002.

22. Пушкарев Ю.Д. Мегациклы в эволюции систем кора-мантия. – Л.: Наука, Ленингр. отдел., 1990.

23. Ронов А.Б., Ярошевский А.А., Мигдисов А.А. Химическое строение земной коры и геохимический баланс главных элементов. – М.: Наука, 1990.

24. Семененко Н.П. Геохимия сфер Земли. – Киев: Наукова думка, 1987.

25. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых/ А.П.Соловов и др. – М.: Недра, 1990.

26. Титаева Н.А. Ядерная геохимия. – М.: Изд. МГУ, 1992.

27. Требования к геохимическим работам при ГСР-50 с общими поисками. – М.: ИМГРЭ, 1990.

28. Ферсман А.Е. Избранные труды. Т.5. Геохимия. – М.: Изд. АН СССР, 1959.

29. Фор Г. Основы изотопной геологии. – М.: Мир, 1989.

30. Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии. – М.: Наука, 1994.

31. Халезов Ю.В. Планеты и эволюция звезд. Новая гипотеза происхождения Солнечной системы. – М.: Едиториал УРСС, 2004.

32. Чартко М..К. Асновы геахiмii: Метад. указаннi. – Мн.: БДУ, 2001.

33. Щербина В.В. Основы геохимии. – М.: Недра, 1972.

34. Экологическая функция литосферы. Гл. 5 / Под ред. В.Т. Трофимова. – М.

Изд. Моск. ун-та, 2000.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................. 1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ.................................... 1.1. Эволюция звезд.............................................................................................. 1.2. Происхождение химических элементов........................................................ 2. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВСЕЛЕННОЙ........................................................... 2.1. Химический состав космических тел............................................................ 2.2. Планеты солнечной системы......................................................................... 3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМЛИ И ЕЕ ОБОЛОЧЕК....................................... 3.1. Строение и состав Земли................................................................................ 3.2. Первичная дифференциация элементов........................................................ 4. ИЗОТОПНАЯ ГЕОХИМИЯ................................................................................. 4.1. Закономерности изменения и распространения изотопов............................ 4.2. Геохимия некоторых изотопов и их использование в геологии................... 5. ВНУТРЕННИЕ ФАКТОРЫ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ...... 5.1. Физико-химические свойства химических элементовтов............................ 5.2. Связь кларка с геохимическим поведением элементов................................ 6. ВНЕШНИЕ ФАКТОРЫ МИГРАЦИИ И РОЛЬ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МИГРАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ......................................................... 6.1. Внешние факторы миграции......................................................................... 6.2. Термодинамика физико-химической миграции............................................ 6.3. Геохимические процессы............................................................................... 6.3.1. Щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия...... 6.3.2. Роль геохимических процессов в концентрировании химических элементов........................................................................................................... 6.3.3. Геохимические барьеры.......................................................................... 6.3.4. Кинетика и динамика физико-химической миграции............................ 7. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ................................ 8. ГЕОХИМИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ............................................. 8.1. Свойства и состав магмы............................................................................... 8.2. Свойства и состав магматических пород...................................................... 8.3. Процессы магматического минералообразования........................................ 8.4. Геохимия постмагматического процесса...................................................... 8.4.1. Вулканические возгоны........................................................................... 8.4.2. Пегматитовый процесс............................................................................ 8.4.3. Пневматолитово-гидротермальные процессы........................................ 8.4.4. Контактно-метасоматические процессы................................................. 8.4.5. Гидротермальные процессы.................................................................... 9. ГЕОХИМИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ...................................... 9.1. Метаморфические процессы........................................................................ 9.2. Химический состав метаморфических пород............................................. 9.3. Метаморфизм минералов............................................................................ 10. ГЕОХИМИЯ ГИПЕРГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ................................................ 10.1. Геохимия гидросферы................................................................................ 10.1.1. Перенос вещества водой...................................................................... 10.1.2. Интенсивность водной миграции и концентрации элементов.......... 10.2. Геохимия осадкообразования.................................................................... 10.2.1. Геохимия океанического осадкообразования..................................... 10.2.2. Геохимия континентального и морского осадкообразования........... 11. ГЕОХИМИЯ АТМОСФЕРЫ............................................................................ 11.1. Атмосферные газы..................................................................................... 11.2. Газы земных недр....................................................................................... 12. ГЕОХИМИЯ БИОСФЕРЫ................................................................................ 12.1. Зарождение жизни...................................................................................... 12.2. Химический состав организмов и образование живого вещества........... 12.3. Разложение органического вещества и его участие в образовании месторождений.................................................................................................... 12.4. Геохимия биогенных полезных ископаемых............................................ 13. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГЕОХИМИЯ................................................................... 13.1. Геохимические методы поисков полезных ископаемых.......................... 13.2. Лабораторные и полевые методы анализа................................................ 13.2.1. Методы определения химических элементов в лаборатории........... 13.2.2. Полевые геохимические методы анализа......................................... 14. ГЕОХИМИЧЕСКОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ И РАЙОНИРОВАНИЕ...... 14.1. Геохимическое картографирование........................................................... 14.2. Геохимическое районирование.................................................................. 15. РЕГИОНАЛЬНАЯ ГЕОХИМИЯ...................................................................... 15.1.Особенности геологического строения Беларуси и его влияние на концентрирование химических элементов........................................................ 15.2. Геохимия кристаллического фундамента.................................................. 15.3. Геохимия древних кор выветривания и осадочных пород Беларуси....... 15.3.1. Коры выветривания запада Восточно-Европейской платформы..... 15.3.2. Геохимия осадочных пород................................................................. 15.4. Образование полезных ископаемых.......................................................... 15.4.1. Горючие полезные ископаемые.......................................................... 15.4.2. Металлические полезные ископаемые............................................... 15.4.3. Неметаллические полезные ископаемые............................................ 15.4.4. Подземные воды.................................................................................. 16. ГЕОХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ....................... ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................ Учебное издание Чертко Николай Константинович ГЕОХИМИЯ Учебное пособие для студентов геологических специальностей вузов Редактор Технический редактор Корректор Компьютерная верстка Подписано в печать 2007. Формат. Бумага офсетная.

Гарнитура. Печать офсетная. Усл. печ. л. Уч.-изд.л.

Тираж экз. Зак.