Содержание радиоактивных элементов в земной коре

В природе известны более 50 радиоактивных изотопов урана, тория, радия, калия, кальция, рубидия, циркония, теллура, вольфрама. Из числа природных радиоактивных элементов лишь уран U и торий Тh являются первичными, т. е. сохранившимися на Земле с начала ее существования. Все остальные природные радиоактивные элементы называются вторичными и существуют в настоящее время лишь потому, что запас их непрерывно пополняется за счет распада других долгоживущих радиоактивных изотопов.
Кроме природных, к настоящему времени путем ядерных превращений получено около 1500 искусственных радиоактивных изотопов практически для всех элементов. Различия в радиоактивности горных пород позволяют использовать радиометрические методы на всех этапах геологоразведочных работ для выделения аномалий, проведения границ между толщами пород, выделения контактов рудных тел, проведения геофизического каротажа в скважинах и т. д.
По условиям возникновения и нахождения в земной коре естественные радиоактивные элементы и изотопы могут быть разделены на четыре основные группы.
Первая группа — долгоживущие радиоактивные элементы (тяжелые), образовавшиеся на начальном этапе развития планеты и являющиеся родоначальниками трех естественных радиоактивных семейств: урана 238U92 , актиноурана 235U92 и тория 232Th90. Их периоды полураспада измеряются миллиардами лет, поэтому в земной коре еще имеются нераспавшиеся атомы первичных элементов, хотя их содержание постепенно уменьшается.
Вторая группа радиоактивных изотопов — короткоживущие изотопы, дочерние продукты распада элементов первой группы. Присутствие в земной коре многочисленной группы этих изотопов полностью зависит от содержания родоначальников семейств.
Третья группа — долгоживущие одиночные радиоактивные изотопы калия 40К19, рубидия 87Rb37, самария 147Sm62 и других элементов, не образующие семейств и возникшие в начальную эпоху развития Земли. Их содержание в земной коре постепенно уменьшается со скоростью, определяемой периодом полураспада.
Радиоактивный изотоп содержится в природном калии в очень небольшом количестве. Но из-за высокого содержания калия в земной коре и значительной интенсивности излучения его вклад в общую естественную радиоактивность пород соизмерим с вкладом урана и тория.
Четвертая группа — радиоактивные изотопы (преимущественно легкие и короткоживущие изотопы 14С6), возникающие в атмосфере, гидросфере и литосфере в результате взаимодействия космических частиц с атомными ядрами вещества Земли.
Из всех естественных радиоактивных элементов и изотопов наибольший интерес представляют уран и торий, образующие промышленные скопления и являющиеся сырьем для ядерной энергетики. Содержание их в земной коре очень низкое и для континентальной части оценивается приблизительно в 2,1∙10в-4% для урана и 7∙10в-4% для тория. Общее содержание урана — 10в16 т.
Основным минералом урана и радия является уранинит — оксид урана и его разновидности: урановая чернь (порошковатые и сажистые агрегаты) и урановая смолка или настуран (почковидные агрегаты со смолистым блеском в изломе). К этой же группе относятся урановые слюдки — производные уранила UO2, щелочноземельных и щелочных металлов.
Главным источником тория является минерал монацит — фосфат редкоземельных элементов цериевой подгруппы (Се, Lа) РO4, содержащий до 5—10% диоксида тория (ТhO2). Основной промышленный источник этого минерала — морские россыпи.