7.3. ПРИМЕНЕНИЕ КОСМОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ
В КАЧЕСТВЕ ТРАССЕРОВ ПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Космогенные радионуклиды составляют ничтожную долю в общей сумме радионуклидов Земли (см. табл. 7.2). Все они сравнительно короткоживущие и присутствуют в земном веществе лишь благодаря постоянно идущим ядерным реакциям. Так как до начала ядерных испытаний других источников их появления на Земле не было, то Космогенные радионуклиды могут характеризовать процессы в тех резервуарах, где они максимально накапливаются. В океанических осадках аккумулируется основная часть ¹⁰Ве, ²⁶Аl, ³²Si. В то же время в них отсутствуют ³Н, ⁷Ве, ³⁶Сl, ²²Na, ³⁵S, ³⁹Ar и др. В океанической воде и поверхностных водах континентов сосредоточена основная доля ³Н и ¹⁴С. Содержание радионуклидов в подземных водах зависит от условий обмена с атмосферными водами. Если прекращается обмен с атмосферным резервуаром, то космогенные радионуклиды постепенно распадаются в соответствии со своими константами распада. Расчет времени t, прошедшего с момента выключения исследуемого объекта из обмена с атмосферой, можно выполнить по известной формуле

t = 

1

λ

 ln 

N0

Nt

163

где N₀ - концентрация космогенного изотопа в природной сумме изотопов при полном обмене с атмосферой; N_t - концентрация в образце.

Основные условия применения космогенных радионуклидов для определения временных характеристик геологических процессов следующие.

1. Интенсивность космического излучения и, как следствие, концентрация радионуклида оставались практически постоянными в течение интервала времени, охватываемого соответствующим методом.
2. Время обмена радионуклида между атмосферным и земными резервуарами должно быть постоянно и значительно меньше его периода полураспада.
3. С момента выхода из равновесного обменного цикла изотопный состав образца изменялся только в результате радиоактивного распада, т.е. система была закрыта относительно исследуемого радионуклида.

При выборе радионуклида в качестве трассера необходимо учитывать, чтобы его период полураспада был соизмерим с временной шкалой обмена исследуемого процесса. Например, среднее время кругооборота глубинных зон океанической воды порядка 1000 лет. Следовательно, для изучения циркуляции воды в океане мы должны использовать ¹⁴С (T_1/2 = 5730 лет). Но мы не можем использовать ³⁶Сl (300 000 лет), так как он слишком долгоживущий, и ³Н, так как он слишком короткоживущий по сравнению с процессами циркуляции.

Необходимо также учитывать химические соединения, в составе которых поступает космогенный радионуклид. Например, ³Н, ³⁶Сl, ¹⁴С находятся в морской воде в растворенном состоянии (¹Н³НО, ³⁶Сl^-, ¹⁴СО₂ и др.). Именно эти радионуклиды могут служить трассерами воды либо выпадающих из нее солей (карбонатов, хлоридов). ³²Si, ¹⁰Ве поступают с аэрозольными частицами и входят в состав взвеси, нерастворимой в морской воде, поэтому они более удобны в качестве трассеров накопления глубоководных осадков.

Области применения космогенных радионуклидов достаточно разнообразны.

1. Определение скорости накопления и геохронология океанических осадков (¹⁰Ве, ²⁶Аl, ³²Si, ¹⁴C).
2. Изучение циркуляции и смешения воды в океане (³Н, ¹⁴С, ³⁶Сl, ³⁹Аr, ⁷Ве, ³²Si).
3. Определение возраста и динамики континентальных подземных вод (³Н, ¹⁴С, ³⁶Сl).
4. Исследование современных эвапоритов (³⁶Сl).

164

5. Изучение скорости выветривания, эрозии и осадконакопления на континенте (¹⁰Ве, ³⁶Сl).
6. Тефрохронология (¹⁴С).
7. Определение возраста морских террас (¹⁴С).
8. Определение возраста континентальных четвертичных отложений и почв (¹⁴С).
9. Изучение субдукции (¹⁰Ве).
10. Археология (¹⁴С).
11. Метеорология: процессы циркуляции и смешения в стратосфере и атмосфере, обмен между атмосферой и др. (²²Na, ³⁵S, ⁷Ве, ³⁷Аr, ³³Р, ³²Р, ³Н, ¹⁴С и др.).
12. Определение возраста и времени движения ледникового льда (³²Si, ¹³⁷Cs техногенный).

165