ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Общий обзор из "Химия урана" Наиболее вероятное значение среднего содержания урана в поверхности земной коры равно 4-10 г на 1 г породы. Концентрация в обычных породах лежит в пределах от 0,2-10 до 25-10 г урана на 1 г породы. Эти значения, данные Хевеши [9, 10], были признаны Гольдшмидтом [11] наиболее вероятными (см. также [12]). [c.59] СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ИЗВЕРЖЕННЫХ ПОРОДАХ [16]. [c.60] Это значение основано на результатах анализов осадочных пород. [c.60] По вопросу о вычислении возраста солнца на основании отношения РЬ и на земле см. [17]. [c.60] Это значение основано главным образом на анализах осадочных пород. Отношение ТЬ и изучено многими исследователями. На основании ста определений для обычных изверженных пород можно для этого отношения принять значение 3,2, если не считать типичных ториевых и урановых минералов [18, 19]. В более поздней работе [20] для отношения ТЬ и в гранитах найдены значения от 2,40 до 3,98, среднее—3,39 для промежуточных пород среднее 3,98. Геохимическое распределение тория, повидимому, немного отличается от распределения урана [2 1, 22]. Установлено [17], что среднее отношение ТЬ и для всей земли равно 6,5—7, в то время как для верхней части земной коры оно составляет 3—4 следовательно, относительная концентрация тория в центре земли должна быть гораздо выше (см. также [23]). [c.60] Возникает вопрос, соответствует ли содержание урана вблизи поверхности земной коры концентрации урана во всей земной коре. Ответ заключается в том, что верхняя часть коры, вероятно, обогащена ураном. Как указывалось выше, уран встречается преимущественно в кислых изверженных породах. Ввиду того что важнейшие компоненты глубоких слоев земной коры сравнительно бедны кремнеземом, мол но полагать, что распространенность урана там ниже, чем вблизи поверхности. Другой аргумент в защиту этого предположения может быть получен путем анализа теплового баланса земли. При радиоактивном распаде выделяется тепло. Если предположить, что радиоактивные элементы уран и торий находятся в земной коре до глубины в 16 /слг в тех же концентрациях, что и вблизи поверхности земли, и что калий довольно равномерно распространен по всей литосфере, то тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде, должно возмещать все потери, происходящие из-за излучения землей тепла в пространство. Если же значительные количества урана и тория существуют еще и в более глубоких слоях, то становится совершенно непонятной приблизительная устойчивость теплового состояния земли [24, 25]. [c.61] Не следует, однако, думать, что более глубокие слои земной коры совершенно лишены радиоактивных элементов. Наоборот, еще в 1909 г. было высказано предположение [26], что геологические революции (периоды вулканической деятельности и горообразования) в истории земли связаны с существованием урана в этих слоях. Можно принять, что, в то время как основная масса урана содержится в пределах 16—20 км от поверхности земли, некоторая часть его может находиться ниже—до глубины от 40 до 48 км, которая считается толщиной литосферы. [c.61] Вес земной коры толщиной в 20 км равен приблизительно 3,25-10 т. Если предположить, что среднее содержание урана равно 4-10 г на 1 г породы, то вес всего урана, находящегося в земной коре, должен составлять около 1,3-101 Основное количество урана содержится в богатых кремнеземом изверженных породах, покрывающих материки, и только относительно небольшие количества, вероятно, находятся в породах (главным образом основных), образующих дно океанов. [c.61] Осадочные породы. Изверженные и метаморфические породы составляют 95% веса верхнего шестнадцатикилометрового слоя земной коры, на долю осадочных пород (сланцев и т. д.) приходятся остальные 5%. За исключением карнотитовых пород Колорадо и Юта, осадочные породы содержат намного меньше урана, чем изверженные (в среднем, пожалуй, раза в два). [c.61] Океаны, реки и горячие источники. Уран содержится в измеримых концентрациях в воде океанов. Старые значения концентрации урана в морской воде [27] были основаны на определениях радия. Однако при этом предполагалось существование в океанах радиоактивного равновесия между ураном и радием, что нельзя считать доказанным. Наоборот, имеются веские аргументы в пользу того, что концентрация радия в морской воде равна, вероятно, только 0,1 равновесной концентрации. Это понятно, так как большая часть радия, образующегося в результате распада растворенного урана, вероятно, осаждается из морской воды в виде сульфата и карбоната. Поэтому прежние данные для концентрации урана в морской воде лишены значения, так как они рассчитаны по содержанию радия. Применение прямого флюоресцентного анализа дало для содержания урана в морской воде величины от 0,36-10 до 2,3-10 г/л [28]. Содержание урана пропорционально общей солености. Вода океанов, содержащая 3,5% солей, имеет около 2-10 г урана в 1 л (2-10 г/г) [29], что составляет около 0,05% содержания урана в равном по весу количестве породы. Если считать объем океанов равным 2-10 км , то окажется, что полное содержание урана в океанах составляет 4-10 т, или 0,003% (вес.) количества его в земной коре (1,3-101 т). [c.61] Известно, что многие горячие источники радиоактивны. Но их активность обусловлена, повидимому, главным образом присутствием радия относительно содержания урана в этих водах известно очень мало. На основании некоторых отрывочных данных предполагается, что содержание урана в реках того же порядка, что и в морской воде. [c.62] Много исследований проведено по определению содержания урана в океанических отложениях [30, М]. В последних отсутствует радиоактивное равновесие верхние слои, в частности, содержат избыточные количества радия. Причина этого явления, как указывалось выше, заключается в осаждении из морской воды нерастворимых сульфата и карбоната радия. Вследствие этого количество урана, находящегося в осадках, не может быть точно рассчитано из определений количеств радия. Содержание урана в океанических осадках считают равным приблизительно 10 /гг (крайне незначительное количество по сравнению с содержанием в материковых породах). [c.62] Живая материя.. Уран является составной частью живой материи ( биосферы по терминологии В. И. Вернадского) биологическое значение повсеместного распределения урана в растениях и животных рассматривается в биологических томах американской серии работ по ядерной энергии. Уран, вероятно, является нормальным компонентом протоплазмы [32]. Установлено, что уран встречается в протоплазме в концентрациях от 1-10 до 1-10 % (вес.) [33—37]. Связывание урана морскими водорослями, возможно, имело определенное значение для образования некоторых залежей урана [38] (см. стр. 89). [c.62] Нахождение урана в космическом пространстве. Многочисленные анализы метеоритов показали, что они содержат уран [39—44]. Однако в соответствии с правилом, согласно которому основные, бедные кремнеземом, породы на земле в общем отличаются низким содержанием урана, установлено, что каменные метеориты (так называемы е аэролиты ), которые имеют еще меньше 8102, чем даже сильноосновные земные породы, содержат только около 3,6-10 г урана на 1 г (это среднее значение, основанное па анализах 20 аэролитов). Содержание урана в железных метеоритах (сидеритах) еще меньше. Показано, что такие метеориты содержат в среднем 9-10 г урана на 1 г, т. е. только около 0,5% среднего содержания урана в изверженных породах. Это согласуется также с данными по геохимическому распределению урана, так как железное ядро земли, вероятно, почти не содержит урана. Относительно большое содерясание гелия в малых метеоритах частично объясняется разрушением ядер урана и тория космическими лучами [45]. [c.62] Путем спектроскопических определений еще не удалось установить с достаточной точностью присутствие урана на солнце и других звездах. [c.62] Мы не будем здесь останавливаться на возможности использования радиоактивности урана для определения возраста минералов. Этому вопросу посвящено много работ [1, 46—49]. Открытие явления деления ядер урана дало новое толкование роли радиоактивных элементов в геохимии и геофизике. Для знакомства с этими вопросами мы отсылаем к обзорной статье Гудмэна [50] Приложение ядерной физики к геологии , которая содержит подробную библиографию (см. также [51, 52]). [c.62] Большинство урановых минералов найдено в пегматитах, в частности в гранитных пегматитах. Главными исключениями являются урановая смоляная руда (которая встречается в жилах и пластах), карнотит и некоторые урановые залежи, ассоциированные с органическими веществами, как например, кольм (разновидность битуминозного сланца, найденная в Швеции). Присутствие урана в гранитных пегматитах может быть объяснено на основании геохимических принципов Гольдшмидта [54]. Согласно его взглядам, после того как однородно расплавленный земной шар начал остывать, вещество его распределилось между одной газовой и тремя концентрически сгустившимися фазами. Распределение элементов по различным фазам, согласно Гольдшмидту, показано в табл. 27. [c.63] После первоначального осаждения урановых минералов из магмы они могли подвергнуться многочисленным реакциям. Всегда существовала вероятность окисления. Могло иметь место избирательное выщелачивание пегматита, или последний мог быть залит горячими растворами различных веществ. Таким путем многие первичные минералы претерпевали значительные изменения. Следовательно, геологическая история тех или иных отдельных урановых минералов часто является очень сложной, и только для некоторых из них мы Имеем более или менее ясную картину. Однако с возобновлением интереса к этому вопросу положение может улучшиться. [c.64] Кроме урановых минералов, найденных в пегматитах, имеются два других типа, требующие особого внимания ввиду их экономической важности. Один из них— это карнотит, он подробно рассматривается ниже. Другой— урановая смоляная руда, жилы которой найдены в Канаде, Бельгийском Конго и в других местах. Предполагают, что жилы урановой смоляной руды образовались из той же остаточной магмы, что и пегматиты. Эти магмы могли содержать заметные количества воды, следовательно, в дополнение к минералам, которые выкристаллизовались из магмы как пегматиты, могли также образоваться и водные растворы. При высоких температурах и давлении большинство элементов (перечисленных во второй графе табл. 27), которые находились в остаточной магме, должно было концентрироваться в водных растворах. Это произошло и с ураном, многие соединения которого хорошо растворимь в воде. При соприкосновении этих горячих растворов с изверженными породами происходили химические реакции, в результате которых возникли месторождения так называемых гидротермальных рудных жил. Таким образом, уран в жилах смоляной руды ассоциируется с халькофильными элементами—медью, висмутом, серебром, оловом и золотом. Большинство этих элементов выпадало в виде сульфидов, уран же, согласно своим химическим свойствам, почти всегда встречается в виде кислородных соединений. [c.64] Вернуться к основной статье