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 и широко применимы методы абсолютной геохронологии (см. Геохронология), с их помощью, по соотношению радиоактивных изотопов и дочерних продуктов их распада, например 235U — 207Pb. 238U — 206Pb. 232Th — 208Pb. 87Rb — 87Sr. 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. Космохимия). Содержание 14C(T1/2 = 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 — 231Ra, а также по абс. Содержанию радиоактивных 14C и 10Bc 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. Важную роль в геол. Исследованиях играет вариация в содержании стабильных изотопов. Несмотря на небольшое различие в физ. И хим. Свойствах изотопов при некоторых геол. Процессах происходит фракционирование (разделение) изотопов отдельных хим. Элементов. Наибольший эффект фракционирования характерен для лёгких элементов — Н, 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 (См. Масс-спектрометры) по отношению к эталонам, изотопный состав которых принимается всеми лабораториями мира.

Результаты измерений выражаются в величинах δ, показывающих, на сколько % или o/oo содержание тяжёлого изотопа в образце больше (+δ) или меньше ( — δ), чем в эталоне. Одним из наиболее распространённых процессов фракционирования стабильных изотопов является Изотопный обмен. Глубина разделения изотопов определяется кинетическими и термодинамич. Факторами. При высокой температуре фракционирование минимально, при низкой — максимально. При обычной температуре наиболее восстановленные соединения С, S, N содержат больше лёгкого изотопа. Высокоокисленные их соединения содержат больше тяжёлого изотопа, например. ---------------------------------------------------------------- | CH4 | H2S  | NH3  |  | | утяжеление |  |  | |------------------------------------| C, S, N  |------| | C  | S | N2 |  | | |  |  | |------------------------------------| |------| | CO  | SO2 | NO  |  | | |  |  | |------------------------------------| |------| | CO2 | SO3 | NO2 |  | | |  |  | |------------------------------------| |------| | | SO42— | NO3— | ↓  |  | ↓  | ---------------------------------------------------------------- Изучение вариаций состава стабильных изотопов позволяет решать одну из важнейших задач геохимии — восстановление истории атомов, путей их миграции в течение геол.

Процессов. Так, выделение 4He и 3He, а также других изотопов нейтральных газов при вулканич. 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 (1H/2H) и кислорода (16O/18O) легче, чем в морской воде. Пары воды содержат преим. 1H2O, а более тяжелая молекула воды (2H2O) обогащает океанич. Воду. При конденсации паров воды снова происходит разделение изотопов, и первые капли дождя содержат более «тяжёлую» воду, чем последующие. Наиболее «лёгкая» вода кристаллизуется в виде снега и льда в полярных областях, например 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, например.