Войти
A радиогенный нуклид - это нуклид, который образуется в процессе радиоактивного распада. Сам он может быть радиоактивным (радионуклид ) или стабильным (стабильный нуклид ).
Радиогенные нуклиды (чаще называемые радиогенными изотопами ) образуют одни из самых важных инструментов в геологии. Они используются двумя основными способами:
Некоторые встречающиеся в природе изотопы полностью радиогенные, но все они являются радиоактивными изотопами с периодом полураспада, слишком коротким, чтобы возникать изначально. Таким образом, они присутствуют только в виде радиогенных дочерей либо текущих процессов распада, либо космогенных (индуцированных космическими лучами) процессов, которые производят их в природе свежее. Некоторые другие естественным образом образуются в результате нуклеогенных процессов (естественные ядерные реакции других типов, такие как поглощение нейтронов).
Для радиогенных изотопов, которые распадаются достаточно медленно, или которые являются стабильными изотопами, всегда присутствует первичная фракция, поскольку все достаточно долгоживущие и стабильные изотопы действительно встречаются в природе изначально. Дополнительная фракция некоторых из этих изотопов также может происходить радиогенно.
Свинец, возможно, является лучшим примером частично радиогенного вещества, поскольку все четыре его стабильных изотопа (Pb, Pb, Pb и Pb) изначально присутствуют в известных и фиксированных соотношениях. Однако Pb присутствует только изначально, тогда как три других изотопа могут также встречаться в виде радиогенных продуктов распада урана и тория. В частности, Pb образуется из U, Pb из U и Pb из Th. В породах, содержащих уран и торий, избыточное количество трех более тяжелых изотопов свинца позволяет «датировать» породу или определить время, с которого порода затвердела, а минерал сохранил соотношение изотопов фиксированным и неизменным.
Другими заметными нуклидами, которые частично являются радиогенными, являются аргон -40, образованный из радиоактивного калия, и азот-14, который образован распад углерода-14.
Другими важными примерами радиогенных элементов являются радон и гелий, оба из которых образуются при распаде более тяжелых элементов в коренных породах. Радон полностью радиогенен, поскольку у него слишком короткий период полураспада, чтобы возникать изначально. Гелий, однако, изначально присутствует в коре Земли, поскольку и гелий-3, и гелий-4 стабильны, и небольшие количества были захвачены в коре Земли, когда он сформирован. Гелий-3 практически полностью первичен (небольшое количество образуется в результате естественных ядерных реакций в коре). Глобальные поставки гелия (который происходит в газовых скважинах, а также в атмосфере) почти полностью (около 90-99%) радиогены, о чем свидетельствует его обогащение в 10-100 раз радиогенным гелием-4 по сравнению с изначальным соотношением из гелия-4 в гелий-3. Это последнее соотношение известно из внеземных источников, таких как некоторые лунные породы и метеориты, которые относительно свободны от исходных источников гелия-3 и гелия-4.
Как отмечалось в случае свинца-204, радиогенный нуклид часто не является радиоактивным. В этом случае, если его нуклид-предшественник демонстрирует период полураспада, слишком короткий для того, чтобы выжить с первобытных времен, то родительский нуклид исчезнет и теперь известен полностью благодаря относительному избытку его стабильного дочернего элемента. На практике это происходит для всех радионуклидов с периодом полураспада менее 50–100 миллионов лет. Такие нуклиды образуются в сверхновых, но известны как потухшие радионуклиды, так как сегодня они не наблюдаются непосредственно на Земле.
Примером потухшего радионуклида является ксенон-129, стабильный изотоп ксенона, который появляется в избытке по сравнению с другими изотопами ксенона. Он обнаружен в метеоритах, которые конденсировались из первичного пылевого облака Солнечной системы и захватили первичный йод-129 (период полураспада 15,7 миллиона лет) в какой-то момент относительно короткого периода (вероятно, менее 20 миллионов лет) между образование йода-129 в результате сверхновой звезды и образование Солнечной системы путем конденсации этой пыли. Захваченный йод-129 теперь выглядит как относительный избыток ксенона-129. Йод-129 был первым вымершим радионуклидом, который был обнаружен в 1960 году. Другие - это алюминий-26 (также выведенный из дополнительного количества магния-26, обнаруженного в метеоритах) и железо-60.
В следующей таблице перечислены некоторые из наиболее важных радиогенных изотопных систем, используемых в геологии, в порядке уменьшения периода полураспада радиоактивного исходного вещества. изотоп. Значения, указанные для периода полураспада и постоянной распада, являются текущими согласованными значениями в сообществе геологов изотопов. ** обозначает конечный продукт распада серии.
| Исходный нуклид | Дочерний нуклид | Константа распада (лет) | Период полураспада |
|---|---|---|---|
| Pt | Os | 1,477 × 10 | 469,3 млрд лет * |
| Sm | Nd | 6,54 × 10 | 106 млрд лет |
| Rb | Sr | 1,402 × 10 | 49,44 млрд лет |
| Re | Os | 1,666 × 10 | 41,6 млрд лет |
| Лю | Hf | 1,867 × 10 | 37,1 млрд лет |
| Th | Pb ** | 4,9475 × 10 | 14,01 млрд лет |
| K | Ar | 5,81 × 10 | 11,93 млрд лет |
| U | Pb ** | 1,55125 × 10 | 4,468 млрд лет |
| K | Ca | 4,962 × 10 | 1,397 млрд лет |
| U | Pb ** | 9,8485 × 10 | 0,7038 млрд лет |
| I | Xe | 4,3 × 10 | 16 млн лет |
| Be | B | 4,6 × 10 | 1,5 млн лет |
| Al | Mg | 9,9 × 10 | 0,7 млн лет |
| Cl | Ar / S | 2,24 × 10 | 310 тыс. Лет |
| U | Th | 2,826 × 10 | 245,25 тыс. Лет |
| Th | Ra | 9,1577 × 10 | 75,69 тыс. Лет |
| Па | Ac | 2,116 × 10 | 32,76 тыс. Лет |
| C | N | 1,2097 × 10 | 5730 лет |
| Ra | Rn | 4,33 × 10 | 160 0 лет |
Радиогенное отопление происходит в результате выделения тепла энергия радиоактивного распада при производстве радиогенных нуклидов. Наряду с теплом от внешнего ядра Земли, радиогенный нагрев, происходящий в мантии, составляет два основных источника тепла в недрах Земли.. Большая часть радиогенного нагрева Земли возникает в результате распада дочерних ядер в цепочках распада урана-238 и тория-232, и калий-40.
