Изотопы в почвах

В результате изучения явлений радиоактивности были обнаружены десятки радиоактивных элементов с разными атомными весами и различными свойствами.

Затем было установлено, что эти радиоактивные элементы, несмотря на некоторые (обычно ничтожные) различия в атомном весе в сравнении с основными элементами обладают весьма сходными с ними физико-химическими свойствами. Поэтому эти элементы, отличающиеся лишь отклонениями в атомных весах от известных элементов, включались в одно и то же место Периодической системы элементов Менделеева. Отсюда родилось название этих тождественных по химическим свойствам элементов, отличающихся лишь атомными весами — изотопы (греческое: занимающие одинаковое место).

Было установлено, что радиоактивные изотопы представляют собой разные стадии превращения трех семейств элементов урана, тория, актиния. Расщепление этих элементов дает большое число радиоактивных элементов и завершается образованием изотопов свинца.

Радиоактивное облучение стабильных элементов помогло получить более 700 искусственных радиоактивных изотопов.

В настоящее время в почвоведении и агрохимии развивается новое направление исследований, связанное с использованием изотопов и изотопных отношений.

Естественными радиоактивными элементами земной коры являются калий (⁴⁰К), рубидий (⁸⁷Rb), лантан (¹³⁸La), самарий (¹⁴⁷Sm), лютеций (¹⁷⁶La), рений (¹⁸⁷Re), торий (²³²Th), актиноуран (²³⁵U), уран (²³⁸U). Наибольшей природной радиоактивностью обладают кислые изверженные породы. Основные и особенно ультраосновные породы отличаются минимальной радиоактивностью. Это объясняется более высоким содержанием в кислых изверженных породах урана и других природных радиоактивных элементов. Остаточные аллитизированные коры выветривания (бокситы) обладают радиоактивностью, значительно превышающей таковую изверженных пород.

Относительно повышена радиоактивность осадочных глин, илов. Высока радиоактивность фосфатов, некоторых углей, битумов. Но радиоактивность песков, хемогенных осадков и биогенных отложений низкая (Баранов, Морозова, 1966). В почвенном покрове наблюдается накопление радиоактивных соединений в гидроморфных, глеевых, лугово-дерновых, аллювиальных почвах, что, видимо, обязано приносу их с грунтовыми водами.

Присутствие в почвах Ra, Th, Ас ведет к появлению в почвенном воздухе радиоактивных газов (радона, торона, актинона). Радиоактивные эманации этого типа сильнее выражены в гумусированных почвах (например, черноземе).

В живом веществе обнаруживается некоторая аккумуляция естественных радиоактивных элементов — калия и отчасти радия, и лишь крайне слабая — урана (Баранов, Морозова, 1966). По данным Л. С. Евтеевой и А. И. Перельмана (1962) , основанных на обзоре большого литературного материала, содержание урана в растениях, как правило, не превышает его кларка в земной коре и почвах (2—6 · 10^-4 %) или заметно ниже его. Однако в местах повышенного содержания в грунтах и почвах уран в известной мере «захватывается» растениями.

По этим причинам геохимия урана в почвах и осадочных породах определяется не живым веществом, как в случае C, N, P, K, S, а более всего движением вод (Евтеева, Перельман, 1962). Особенно интенсивно переходит уран в подвижные растворы грунтовых вод (до концентрации n · 10^-2 г/л) в пределах гумусированной почвенной толщи. В глубоких водоносных горизонтах концентрация урана низка (n · 10^-5 г/л), но появляются подвижные соединения радия (Германов, Батулин, 1959). Осаждение и накопление растворенных радиоактивных соединений в почвах чаще наблюдаются при испарении и транспирации грунтовых вод, особенно в условиях сухого климата.

При окислении и при преобладании процессов выщелачивания уран ведет себя подобно кальцию, натрию, цинку, т. е. интенсивно переходит в растворы и уносится грунтовыми потоками. Но в восстановительной среде, меняя валентность, уран теряет свою миграционную способность и может аккумулироваться (например, в торфах). Его концентрация в водах опускается в таких случаях до величин n · 10^-7 — n · 10^-8 г/л, а в осадках и в торфяной массе растет. В водах сухих степей и пустынь наблюдаются более высокие концентрации урана: n · 10^-6 — n · 10^-5 г/л. Соответственно и в засоленных грунтах и почвах уран, мигрируя с восходящей капиллярной каймой от грунтовых вод при их испарении, осаждается совместно с углекислым кальцием, гипсом и легкорастворимыми солями. Так образуется геохимическая зона испарительной аккумуляции урана, совпадающая с зонами современного или древнего испарительного соленакопления и распространения засоленных и такырных почв. (Перельман, 1955).