Исследования в области ядерной геохимии начались вскоре после открытия радиоактивности (1896 г.). Достаточно напомнить, что свои первые работы Мария и Пьер Кюри выполнили на природной урановой смоляной руде. Многие важнейшие открытия и идеи в области ядерной геохимии принадлежат Пьеру Кюри. В 1903 г. он совместно с Л. Лабордом обнаружил, что радиоактивный распад сопровождается выделением тепла, количество которого пропорционально числу распадающихся атомов.
5
В связи с этим открытием в геологии впервые был поставлен вопрос о роли радиоактивности в энергетике геологических процессов. Р. Стретт в 1906 г. и Д. Джоли в 1908 г. оценили геологическое значение этого открытия. Идею о возможности определения геологического времени по радиоактивному распаду природных ядер также впервые высказал Пьер Кюри. Выступая в 1902 г. на заседании Французского физического общества, он указал, что постоянство скорости радиоактивного распада дает человечеству меру времени - "эталон времени", не зависящий от процессов, протекающих на Земле. Практическую возможность определения возраста природных объектов по накоплению продуктов распада показали Б. Болтвуд и Э. Резерфорд в 1904 г. Большие работы по определению содержания U, Th, Ra и Не в минералах и породах провел Р. Стретт. В 1908 г. он показал, что величина отношения He/U зависит от геологического возраста минералов.
В России В.И. Вернадский был первым, кто понял огромную важность изучения радиоактивных процессов для геологии. Интерес В.И. Вернадского к явлениям радиоактивности проявился в 1908 г. на съезде Британской ассоциации наук в Дублине после доклада Д. Джоли о роли радиоактивности в земных процессах. Доклад Д. Джоли и беседы с ним глубоко заинтересовали В.И. Вернадского и вдохновили на организацию работ по изучению радиоактивности земных недр России. Основные задачи нового направления геохимии были поставлены В.И. Вернадским еще в 1910 г.: "Уже теперь в картине реальной природы выдвинуто значение радиоактивности для объяснения теплоты земного шара, для определения его возраста, для исчисления годами геологических периодов, для образования горных цепей; мы видим ее проявление в учении об атмосферном электричестве, о химических реакциях земной поверхности" (Вернадский, 1954, т. I, с. 623).
Несколько позже он дал название новому разделу геологии - "Радиогеология" - и его определение: "Радиогеология изучает ход радиоактивных процессов на нашей планете, их отражение и их проявление в геологических явлениях" (там же, с. 676). Практически все разделы радиогеологии (ядерной геохимии), работы над которыми у нас в стране были начаты по инициативе В.И. Вернадского, остаются актуальными и в наше время.
Первой задачей, поставленной В.И. Вернадским перед отечественной наукой, было исследование радиоактивных минералов и их месторождений на территории России. Начиная с 1908 г. В.И. Вернадский постоянно проводил огромную работу по организации экспедиций и созданию лабораторной базы по поискам и изучению радиоактивных минералов. В первых экспедициях 1908 - 1913 гг. помимо Вернадского участвовали К.А. Ненадкевич,
6
А.Е. Ферсман, Д.С. Белянкин, Я.В. Самойлов, Л.А. Кулик, В.И. Крыжановский, Б.Н. Линденер, Г.И. Касперович, Е.Д. Ревуцкая и др. Из созданной в 1913 г. постоянной Радиевой экспедиции Академии наук в 1922 г. образовались Государственный радиевый институт в Ленинграде и его филиал в Москве. В то время Радиевый институт был единственной организацией по изучению природной радиоактивности, где наравне с физическим и химическим отделениями существовало и радиогеологическое (И.Е. Ста́рик, Л.В. Комлев и др.).
Работы по изучению радиоактивности минералов и пород В.И. Вернадский проводил в двух основных направлениях: 1) распределение радиоактивных элементов в веществе Земли в целях составления радиогеологической карты земной поверхности и 2) поиски радиоактивного сырья. Цель радиогеологической карты - выявление связи геотермики и структур литосферы. "Ясно, что такая карта должна дать распределение физически очень различных и очень важных участков на земной поверхности: пограничных областей, которые термически очень неоднородны... Такие пограничные области должны иметь большое значение для различных геологических и геофизических явлений, и на этих полосах должны иметь место новые явления, в других местах отсутствующие" (Вернадский, 1954, т. I, с. 656). Естественно, такая карта могла быть построена лишь после накопления огромного банка данных по концентрациям урана, тория и калия в горных породах той верхней части литосферы, которая доступна для систематического опробования. Радиогеологическая карта территории СССР была построена лишь в конце 70-х гг. во Всесоюзном геологическом институте (ВСЕГЕИ) в Ленинграде А.А. Смысловым, обобщившим результаты исследований многих коллективов.
С проблемой радиоактивности горных пород тесно связано исследование термической истории Земли и современной геотермики. Наиболее крупным исследователем в этой области является Е.А. Любимова. Интересные работы выполнены А.А. Смысловым с сотрудниками, Б.Я. Смирновым, Б.И. Кононовым, Б.Г. Поляком и др.
Поисковое направление в первый период своего развития было сориентировано главным образом на поиски радия, который в то время являлся единственным источником радиоактивного излучения. Работами 20 - 30-х гг. было обнаружено большое содержание радия в высокоминерализованных хлоридно-кальциево-натриевых пластовых водах нефтяных месторождений (Л.Н. Богоявленский, В.И. Вернадский, В.И. Баранов, И.Д. Курбатов, В.В. Чердынцев и др.). Из нефтяных рассолов было налажено промышленное извлечение радия (Погодин, Либман, 1977).
7
Второй этап развития поисково-геохимического направления ядерной геохимии был связан с поисками сырья для атомной промышленности - месторождений урана. В течение 30 - 40-х гг. основным объектом изучения были граниты, наиболее обогащенные радиоактивными элементами по сравнению с другими типами пород (Л.В. Комлев, В.И. Герасимовский и др.). Начиная с 50-х гг. интенсивно исследуется геохимия урана в связи с процессами рудообразования. Ведущая роль в этих исследованиях принадлежит ученым Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского под руководством А.П. Виноградова (А.И. Тугаринов, Г.Б. Наумов, Н.П. Ермолаев, Викт. Л. Барсуков и др.), а также ученым других организаций (А.И. Перельман, А.К. Лисицын, В.М. Гавшин, Б.И. Омельяненко, А.А. Смыслов, Е.В. Плющев, Я.Н. Белевцев, Р.П. Рафальский и др.).
В процессе развития поисковой геохимии урана возникло новое самостоятельное направление, получившее применение в разнообразных областях геологии. Это изучение соотношения отдельных радионуклидов, входящих в природные ряды распада. Метод, использующий эти соотношения, в настоящее время называется изотопным неравновесным методом. Его создателем является В.В. Чердынцев, который предсказал теоретически, а затем совместно со своим аспирантом П.И. Чаловым доказал аналитически наличие изотопных сдвигов в природном уране для отношения 234U/238U. Первое сообщение о новом эффекте было сделано в 1953 г. на 3-й сессии Комиссии по определению абсолютного возраста в Москве. В дальнейшее развитие метода помимо его авторов большой вклад внесли Н.Ф. Сыромятников, К.Е. Иванов, В.И. Малышев, Н.А. Титаева, В.Л. Зверев и др.
Одним из важнейших направлений ядерной геохимии можно считать развитие радиологических методов геохронологии. Их становление и развитие в нашей стране тесно связано с именами В.И. Виноградова, А.И. Тугаринова, И.Е. Старика, В.И. Баранова, Э.К. Герлинга, Л.В. Комлева, Н.П. Семененко, Ю.А. Шуколюкова и др. Современный этап развития ядерной геохимии, наряду с традиционными направлениями, характеризуется широким развитием изотопной геохимии, использующей изотопные отношения в качестве природных трассеров геологических процессов. Другим современным направлением является изучение геохимии радионуклидов антропогенного происхождения и их использование в качестве радиоактивной геохимической метки.
Широкое развитие в СССР получило исследование радиационных изменений среды. Геохронологические работы в этом направлении, использующие соотношения доза - эффект, интенсивно развивались в Ленинграде, в Институте геологии докембрия (Ю.А. Шуколюков, А.Н. Комаров), в Московском государственном
8
университете (В.К. Власов, А.С. Марфунин, А.И. Шлюков и др.), в Таллинне, в Институте геологии (Г.И. Хютг и др.). Интересные работы, доказывающие радиолитическую природу многих геохимических явлений в подземных водах, были выполнены И.Ф. Вовком и Л.Н. Гуцало.
Изучение поведения естественных и искусственных радионуклидов в биосфере, прежде всего в связи с радиоактивным загрязнением среды, получило название радиоэкологии. Первые радиоэкологические исследования в нашей стране были начаты еще в 30-е гг. под руководством и по инициативе В.И. Вернадского в Биогеохимической лаборатории (БИОГЕЛ), которая в дальнейшем была преобразована А.И. Виноградовым в Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского. Работы того времени были посвящены изучению естественных радионуклидов, прежде всего изотопов Ra, в растениях и питающей их среде (В.И. Баранов, Б.Н. Бруновский, К.Г. Кунашова, С.Г. Цейтлин и др.). В послевоенный период эти исследования были продолжены в нескольких научных центрах (Институте геохимии и аналитической химии в Москве, Радиевом институте в Ленинграде, Уральском филиале АН СССР и т.д.). Особенно большой вклад в развитие отечественной радиоэкологии естественных радионуклидов внесли работы Отдела радиоэкологии Коми филиала АН СССР (В.И. Маслов, К.И. Маслова, В.Я. Овченков, Н.А. Титаева, А.И. Таскаев, И.И. Шуктомова и др.). Они были начаты по инициативе и под руководством И.Н. Верховской в конце 50-х гг.
В 50-е гг. в связи с развитием производства и испытания ядерного оружия и появления в окружающей среде искусственных радионуклидов по инициативе И.В. Курчатова получили приоритетное развитие радиоэкологические работы по их изучению в биосфере как в экспериментальных, так и в природных условиях. Одним из первых исследователей радиоэкологии искусственных радионуклидов была Ф.И. Павлоцкая. Родоначальником сельскохозяйственной радиоэкологии в нашей стране по праву считается В.М. Клечковский. Большой вклад в эту проблему внесли P.M. Алексахин, Ф.А. Тихомиров, В.М. Прохоров, Ю.А. Поляков, Э.Б. Тюркжанова, Н.В. Куликов, Г.Г. Глонти, Г.Н. Романов, Б.С. Пристер, Е.В. Юдинцева и многие другие. Второй пик интенсификации исследований по радиоэкологии, в том числе и экологической геохимии искусственных радионуклидов, был связан с катастрофой на Чернобыльской атомной электростанции.
9
