Полная версия

Главная arrow Экология arrow Биогеохимия радионуклидов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

Геохимия и биогеохимия тория

По геохимической классификации торий относится к литофиль-ным элементам с постоянной валентностью, образующим катионы и анионы. Кларк тория в земной коре — 1,3 * 10-3%. В земной коре торий находится в рассеянном состоянии, его в два раза больше, чем урана. В мантии тория особенно мало.

Торий сравнительно слабо мигрирует в магматических и высокотемпературных гидротермальных процессах. Он накапливается в гранитоидах, щелочных породах, пегматитах, в некоторых гидротермальных рудах (вместе с и4+). Концентрации тория в горных породах изменяются в широких пределах в зависимости от петрохимического состава. Содержание этого элемента возрастает от ультраосновных (5 • 10-7) к кислым (1,0—1,3 • 10_3%) породам (табл. 4.22; Кабата-Пен-диас, Пендиас, 1989). В осадочных породах наибольшие концентрации тория обнаружены в сланцах и глинистых осадках — до 1,2- 10-3%.

Основной источник тория — монацитовый песок, включения в пегматитах, цирконе (силикат циркона) и сфене (титансодержащий силикат кальция). Соли тория сильно гидролизуются, выделяя гидрат диоксида тория. Большинство из них устойчивы и труднорастворимы. В качестве примесей торий входит в оксиды, силикаты. Встречается в породах от ультраосновных дунитов до кислых гранитов. Торий встречается в виде изоморфной примеси в апатитах, цирконах и ортитах.

Таблица 4.22

Содержание тория в главных типах горных пород, мг/кг

Горные породы

магматические

осадочные

Ультраосновные (дуниты, перидотиты, пироксениты)

  • 0,004-
  • 0,005

Глинистые осадки

9,6-12,0

Основные (базальты, габбро)

1-4

Сланцы

12

Средние (диориты, сиениты)

7-14

Песчаники

1,7-3,8

Кислые (граниты, гнейсы)

10-13

Известняки, доломиты

1,7-2,9

Минеральными носителями тория в рудах являются силикаты, простые и сложные оксиды (титанотанталониобаты), фосфаты и карбонаты, в которых он присутствует в качестве изоморфной примеси. Среди генетических типов ториеносных месторождений выделяются эндогенные и экзогенные. В группе эндогенных месторождений известны магматические, пегматитовые, карбонатитовые, альбитито-вые, скарновые и гидротермальные. Все они обнаруживают связь со щелочными магматическими породами.

К крупнейшим пегматитовым относятся месторождения района Банкрофт (Канада). Из карбонатитовых выделяется торийсодержащее редкоземельное месторождение Маунтин-Пасс в Калифорнии. Максимальные содержания тория в рудах (3—6%) известны на гидротермальном редкоземельном месторождении Стинкампскрааль в ЮАР (табл. 4.23).

Экзогенные месторождения представлены разнообразными (элювиальными, аллювиальными и прибрежно-морскими современными и погребенными) монацитовыми россыпями. Они являются главным источником тория. Крупнейшие прибрежно-морские россыпи известны в Индии (среднее содержание монацита в песках 0,75%) и Бразилии (от 2 до 5%). Самое известное месторождение уранотори-анита находится на острове Мадагаскар.

Способность к концентрированию у тория слабая, известно лишь 12 его минералов. Торий встречается в оксидах, силикатах, титано-танталониобатах, фосфатах, карбонатах. Главные минералы: тори-анит (ТЬ,и)02, торит ферриторит (Т11,и,Ге)8Ю4Н20, эши-

нит (Се,ТЬ)(ЫЬ,Т1)06, прирорит (У, ТЬ)(КЬ,Т1)206, монацит (Се,Га,У,ТЬ)[(Р04]. Наиболее высокое содержание ТЮ2 вторианите (от 58 до 93%), в ураносодержащих минералах его количество изменяется от 1 до 25%.

Таблица 4.23

Доступные для добычи мировые запасы тория

Страна

Запасы, т

Австралия

300 000

Индия

290 000

Норвегия

170 000

США

160 000

Канада

100 000

Южная Африка

35 000

Бразилия

16 000

Прочие страны

95 000

Всего

1 166 000

В эндогенных условиях близость ионных радиусов способствует широкому проявлению изоморфизма тория с редкоземельными элементами, У, и, поэтому его примеси характерны для многих магматических минералов. По мере снижения температуры в постмагматический этап происходит разделение урана и тория с группой редкоземельных элементов, которые накапливаются в щелочных комплексах пород. Наиболее благоприятны для накопления тория карбонатиты, сиениты и другие щелочные породы, щелочные граниты. В изверженных породах концентрируется в виде ториевых и торийсодержащих минералов, последних в природе гораздо больше. Они устойчивы в зоне окисления. В экзогенных условиях элемент встречаются в виде россыпей ториевых и торийсодержащих минералов.

Геохимический барьер тория — кислородный. Элемент слабо подвижный в большинстве геохимических обстановок. Частично мигрирует в сильнокислой среде.

Важная геохимическая роль тория в земной коре связана с его радиоактивностью: выделение тепла и образование радиогенных

продуктов радиоактивного распада вплоть до ториевого свинца и гелия.

В природных водах содержится особенно мало тория: в пресной воде 2 • 10-9%, в морской — 1 • 10_9%. Он очень слабо мигрирует в биосфере и гидротермальных растворах.

Технофильность тория невелика — 4 • 103, сопоставима с таковой для цезия и галлия. В ноосфере торий используется слабо, но после промышленного освоения его руд и добычи для использования в качестве ядерного горючего добыча тория может повыситься. Источник металла — россыпи монацита, высокотемпературные гидротермальные месторождения. По всей видимости, большие количества тория поступают в биосферу при сжигании ископаемого топлива на электростанциях и в результате производства фосфорных удобрений.

4.6.2.1. Торий в почвах

Содержание тория в почвах Мира по имеющимся данным колеблется в пределах 0,4—10,5 мг/кг (табл. 4.24). Тем не менее результаты отдельных измерений показывают значения, выходящие за рамки этого интервала, особенно в большую сторону. Так, содержание тория, обнаруженное в поверхностном слое краснозема Русской равнины составляет 12,1—65 мг/кг (табл. 4.25; Виноградов, 1957). Другие почвы показывают типичные значения содержания ТЬ, хотя обращают на себя внимание пониженные значения концентраций элемента в бурой лесной почве — 2—3 мг/кг.

Таблица 4.24

Содержание тория в поверхностном слое почв разных стран, мг/кг

Страна

Пределы колебаний

Среднее

Болгария

3,6-17,8

9,3

Великобритания

10,5

Канада

4,2-14,1

8,0

Польша

1,4-7,2

3,4

США

2,2-21,0

7,6

ФРГ

О

4^

С/1

О

8,0

Таблица 4.25

Содержание тория в поверхностном слое различных почв

Русской равнины, мг/кг

Почва

Содержание

Почва

Содержание

Серая лесная

6-12

Чернозем выщелоченный

4,7-5,6

Бурая лесная

2,2-3,2

Краснозем

12,1-65

Торий прочно сорбируется почвой, поэтому миграция его по почвенному профилю выражена слабо. Он осаждается в почвах в виде гидроксидов. Почвы, развитые на изверженных породах, характеризуются максимальными концентрациями тория в нижних горизонтах. Напротив, карбонатные почвы накапливают этот элемент в верхних слоях.

Подвижность тория в почвах ограничивается в результате образования труднорастворимых осадков (например, фосфатов и оксидов) и адсорбции на глинах и органическом веществе. Однако передвижение тория по профилю почвы может происходить в результате механического перемещения частиц почвы, на которых ТЬ сорбирован, и в виде карбонатных комплексных соединений, образование которых возможно в карбонатных почвах.

Растворимость тория в широком интервале pH почв определяется образованием гидратированного катиона Тй4+. Некоторые органические кислоты также способны повышать растворимость тория в почвах.

4.6.2.2. Торий в растениях, животных и человеке

В биосфере торий мигрирует еще слабее, по сравнению с литосферой. Его мало в живом веществе и водах. Кларк этого элемента для растений и животных составляет 6 • 10~4 и 1 • 10~7%. Биологическая роль тория до сих пор не выяснена, однако живые организмы накапливают небольшие количества этого элемента. Известно, что малые дозы тория положительно воздействуют на рост и развитие растений (Дробков, 1952, 1958). Произрастающие на некоторых то-риевых месторождениях растения обогащены этим металлом, на одном из них обнаружены гигантские осины (РориШБ 1гетиа). Однако в модельных опытах при концентрации ТЬ в питательной среде 10— 100 мг/кг наблюдалось отмирание точек роста растений и органов плодоношения.

Наиболее обогащены этим элементом морские организмы. Коэффициенты накопления тория в морском планктоне, в мягких тканях беспозвоночных, в организме рыб, донных водорослях составляли 1250, 50—300, 100 и 10, соответственно. В пресноводных моллюсках рода Перловицы (Jnio тагсиз) концентрация тория колеблется в пределах 3—100 мкг/кг.

Подобно урану, наименьшее накопление тория высшими растениями отмечается в травянистой растительности, прежде всего в злаковых. Зерно культурных злаковых растений содержит в 2—4 раза меньше ТЬ, чем солома, а товарная часть пропашных в 5,7—8 раз (табл. 4.26). Отметим также и тот факт, что корнеплоды сахарной свеклы накапливают больше тория по сравнению с клубнями картофеля. Это подтверждает барьерную функцию корней на пути поступления ТЬ в надземную часть растений. Вероятно, удобрения, обогащенные торием (особенно фосфорные), будут влиять на концентрацию этого элемента в урожае сельскохозяйственных культур.

Таблица 4.26

Содержание тория в товарной и побочной продукции

Зерновые культуры

ТЬ, Бк/кг

Пропашные культуры

Th, Бк/кг

Озимая рожь:

Картофель:

зерно

0,13

клубни

0,24

солома

0,25

ботва

1,91

Яровая пшеница:

Сахарная свекла:

зерно

0,07

корнеплоды

0,41

солома

0,28

ботва

2,32

В отличие от большинства тяжелых химических элементов торий мало токсичен для человека. Этот элемент в организме человека накапливается преимущественно в печени и селезенке. Биологическое действие его на организм человека при пероральном введении начинается только при очень больших дозах элемента — около 100 г. Однако при попадании в кровь торий быстро откладывается в костной ткани и вызывает патологические изменения. Суточное поступление тория в организм человека с пищей и водой составляет 3 мкг. Выводится из организма с мочой и калом — 0,1 и 2,9 мкг, соответственно.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>