|
Владимир Иванович Вернадский предсказал великое будущее изотопной геологии и заложил фундамент этой науки в нашей стране, создал плеяду учеников, соратников и последователей, среди которых много ученых с мировой известностью - А.П. Виноградов, В.Г. Хлопин, И.Е. Старик, Э.Г. Герлинг, В.В. Чердынцев, А.И. Тугаринов, Р.В. Тейс, Е.И. Донцова и другие, которые выдвинули ряд новых глобальных идей весьма актуальных в наше время и, особенно при прогнозах месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды. Особую роль при изучении геологических явлений занимают радиоактивные изотопы, связанные между собой ядерными процессами, одинаковыми химическими и близкими физическими свойствами, образующие систему материнский-дочерний. К таким изотопным системам относятся изотопы урана.
С момента открытия явления фракционирования четных изотопов урана в природных условиях (эффект Чердынцева-Чалова) прошла половина столетия. В конце семидесятых годов на эту тему вышли в свет основополагающие работы В.В.Чердынцева, Н.Г.Сыромятникова, П.И.Чалова, В.И. Малышева, однако, они не полностью раскрывают современного состояния знаний о механизмах фракционирования изотопов урана в природе, что существенно отражается на интерпретации уран-изотопных данных, полученных при изучении геологических сред.
АКТУАЛЬНОСЬ ТЕМЫ: Обострение экономических и экологических условий в связи с прогрессирующим увеличением техногенной нагрузки на геосферу вызывает необходимость разработки принципиально новых и эффективных методов изучения скоростей изменения природной системы, прогноза развития техногенного и естественного загрязнения окружающей среды, поисков месторождений полезных ископаемых с минимальными горными работами, изучения современной динамики подземных вод и геологических сред и решения других задач. Эти методы должны базироваться на фундаментальных физических явлениях. К таким явлениям относится ядерный распад радиоактивных элементов в геологической среде. Механизмы фракционирования четных изотопов урана в геосфере сопровождаются ядерными и физико-химическими процессами, протекающими параллельно. Это дает основание для использования радиоактивного распада в качестве меры скоростей взаимодействия и преобразования лито- и гидросфер на основе изучения распределения изотопов урана. В связи с этим актуальным является создание теоретической основы и установление реальных механизмов образования неравновесных систем изотопов урана в различных геологических и гидрогеологических условиях для разработки методов решения задач геологии и геоэкологии.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучить механизмы формирования неравновесного урана в водах, горных породах и рудах как основы уран-изотопных методов поисков и прогноза руд, определения генезиса подземных и поверхностных вод, прогноза поисков рудных месторождений, мониторинга изменения и загрязнения геологической среды. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ.
1. Исследование механизмов фракционирования четных изотопов урана в системе горная порода-вода для создания теоретической модели перехода изотопов урана из горных пород в воду с учетом ядерных распадов и физико-химического разрушения горных пород.
2. Определение уровней фракционированного урана в атмосферных, ледниковых водах, водах речного стока, морях и замкнутых водоемах, подземных водах для определения их генезиса при прогнозировании загрязнения геологической среды.
3. Исследование изотопного состава урана в горных породах рудных и безрудных зон неурановых руд и рудных минералах для прогнозирования устойчивости геоэкологической среды.
4. Исследование механизмов формирования изотопного состава урана в гидрогеологических системах: грунтовых водах, водах урановых, полиметаллических, редкометалльных, сурьмяных и ртутно-сурьмяных месторождений, глубинных разломов, складчатых и платформенных областей для разработки новых методов прогноза месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды.
5. Определение практического применения уран-изотопной системы (уран-238-уран- 234) в геологических и гидрогеологических исследованиях для прогноза месторождений полезных ископаемых и загрязнения геологической среды.
Решение перечисленных задач главным образом основано на анализе авторских результатов определения изотопов урана в различных объектах лито- и гидросферы. Для этого были организованы и проведены научные экспедиции на рудные полиметаллические, редкометалльные, ртутные и сурьмяные месторождения Северного, Срединного и Южного Тянь-Шаня, на месторождения пресных, термальных и минеральных подземных вод, пресных и соленых поверхностных вод Средней Азии, Якутии, Прикаспия, Кавказа, Земли Франца Иосифа, Белого, Баренцева и Карского морей и их побережий, а так же на Европейском Севере России, на кимберлитовых трубках "МИР" в Якутии, "Пионерская" и "имени Ломоносова" в Архангельской области, в которых автор участвовал в качестве руководителя и ведущего исполнителя. В различных географических и геологических условиях изучался изотопный состав урана руд и вод и их генезис с целью разработки методов прогноза месторождений полезных ископаемых и мониторинга загрязнения геологической среды. В Институте экологических проблем Севера УрО РАН (г.Архангельск) под непосредственным руководством автора была создана научная лаборатория, оснащенная радиохимическим оборудованием, полупроводниковым альфа-спектрометром, позволяющая проводить изучение изотопов урана в горных породах и воде, по методикам, разработанным в ВИМС (В.И.Малышев). В настоящее время в ИЭПС УрО РАН исследования изотопов урана в природных средах продолжаются.
ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ. В процессе многолетних работ были произведены определения концентрации урана и его изотопного состава альфа-спектрометрическим методом в природных водах различных регионов. В средней Азии на 11 рудных полях, где располагается более 30 промышленных полиметаллических, редкометалльных, сурьмяных, ртутно-сурьмяных и ртутных месторождений автором опробовано около 700 источников подземных и поверхностных вод и в них определен уран-изотопный состав. На Челекенском месторождении бром-йодистых горячих рассолов и жидких руд, Кумском и Есентукском месторождениях, месторождениях минеральных и пресных вод в Архангельской области, на Памире, Северном Тянь-Шане, в Якутии - горячих источников, вод глубинных разломов, поверхностных вод, морских и прибрежных вод Севера России автором выполнено более 800 анализов по изотопии урана. Проанализировано более 100 проб руд и горных пород. Кроме этого в работе использовалось большое количество уран-изотопных данных, полученных в России и за рубежом другими авторами.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На основании системного обобщения уран-изотопных данных в гидро- и литосфере, автором обоснованы механизмы формирования изотопов урана в различных геолого-гидрологических и гидрогеологических условиях. Найденное автором решение задачи перехода четных изотопов урана из горных пород в воду, синтезирующее ядерное и физико-химическое разрушение кристаллической решетки открывает новые возможности уран-изотопных методов при решении геологических и геоэкологических задач с использованием ядерных процессов в качестве критерия современного преобразования лито- и гидросферы. Установлено закономерное увеличение избытка урана-234 в подземных водах скрытых полиметаллических, редкометалльных и ртутно-сурьмяных рудных зон промышленного значения и его снижение в водах окисленных руд, что создало возможность разработать методы прогноза месторождений полезных ископаемых. Установлено широкое развитие неравновесного урана в горных породах и рудах, указывающее на постоянное преобразование рудного вещества с высокими скоростями, сравнимыми с распадом урана-234. Установлено, что в водах активизированных в настоящее время разломов сейсмоактивных зон имеет место возрастание избытка урана-234, а в залеченных разломах изотопный состав имеет фоновые характеристики. Показано практическое применение изотопов урана в различных областях наук о Земле, в частности для определения современного изменения геологической среды, что является основой для прогноза загрязнения геологической среды при антропогенном воздействии.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТ. Полученные результаты дают широкое представление о механизмах формирования изотопного состава урана в литосфере и гидросфере при их взаимодействии, что позволило автору, совместно с П.И.Чаловым и др. разработать ряд методов использования изотопов урана в науках о Земле, которые внесены в Международный регистр «Intelectual Propery Regist» - метод прогноза скрытых областей концентрации ртутно-сурьмяного оруденения (N54.62E21HT), комплексный уран-изотопный и магнитометрический метод поисков глубинных источников термоминеральных вод (N57.62 G0IHT), определение активизированных зон глубинных разломов по результатам уран-изотопных исследований природных вод (N56.62 GOIHT). Практическое применение разработок производилось в Управлении Кавказских минеральных Вод, г. Ессентуки, в Управлении геологии Республики Кыргызстан при изучении подземных вод Иссык-Кульской и Чуйской впадин, изучении генезиса подземных вод Архангельской области, при поисках и прогнозе ртутно-сурьмяных месторождений в Южном Тянь-Шане, при оценке обводненности рудных месторождений и др. Разработанные методики интерпретации уран-изотопных данных должны найти широкое применение при прогнозе твердых полезных ископаемых и загрязнения геологической среды.
Работа над диссертацией была связана с выполнением госбюджетных тем: "Альфа-спектральные исследования фракционирования изотопов урана, тория, плутония в горных породах, почвах, природных водах с целью решения задач геоэкологии" Регистрационный номер 01.200.115371, "Уран -изотопные альфа-спектральные исследования на Европейском Севере с целью разработки методов контроля загрязнения экосистемы". Регистрационный номер 01.030000720.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. По теме диссертации автором опубликовано более 50 научных работ в различных изданиях, в том числе статьи в ДАН, журналах "Геохимия", "Физика Земли", "Водные ресурсы", "Геология рудных месторождений", "Разведка и охрана недр", "Известиях" НАН Кыргыстана и других рецензируемых изданиях и материалах Российских и международных конференций. Результаты работ автора докладывались на многих научных форумах: Всесоюзной конференции "Изотопы в гидросфере" - Каменецк-Подольск (1984); Всесоюзной конференции по металлогении Тянь-Шаня - Фрунзе (1988); Всесоюзной конференции "Прогноз землетрясений" -Душанбе-Москва (1988); Всесоюзной конференции "Изотопы в гидросфере" - Каунас (1989); Всесоюзной конференции "Геодинамика литосферы подвижных поясов" - Черноголовка (1988); Свесоюзном съезде гидрогеологов "Проблемы инженерной геологии гидрогеологии и геокриологии районов интенсивной инженерной нагрузки и охраны окружающей среды - Киев (1989); Всесоюзной конференции "Принципы и методы ландшафтно-геохимических исследований миграции радионуклидов" - Суздаль (1990); Intern. Symp. of the Use of Isotope Technigues in Water Reesources Development, Vienna, Austria (11—15 March 1991); Всероссийской конференции Изотопы в гидросфере -Пятигорск (1993); 4-е Международных Ломоносовских чтениях - Архангельск (1995); Международной конференции «Чистая вода» - Апатиты (1996); II Международном семинаре «Минералогия и жизнь» - Сыктывкар (17-22 июня 1998); 3-м Международном конгрессе Баренц-региона "Окружающая среда в Баренцевом регионе". - Киркенес (1996); Международном симпозиуме "Урал Атомный, Урал Промышленный", -Екатеринбург (1996); Europen Geophysical Society, Vienna, Austria (1997); Семинаре в Университете штата Нью Хемпшир - США (1997); XY Симпозиуме по геохимии изотопов им. академика А.П.Виноградова - Москва (24-27 ноября 1998); Симпозиуме по геохимии изотопов им. академика А.П.Виноградова. Москва (20-23 ноября 2001). Международной конференции памяти академика П.Н. Кропоткина. Москва, 20-24 мая 2002 года. XV Международной школе морской геологии. Москва, ИО РАН им. Ширшова, Ноябрь 2003.; II Международной конференции 18 по 22 октября 2004 года «Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека».Томск.; Всероссийской конференции с международным участием "Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде северных регионов" 13-18 сентября 2004 г. - Архангельск.; Международном симпозиуме "Урал Атомный, Урал Промышленный", -Екатеринбург (2005); По теме диссертации издана монография «Четные изотопы урана в геосфере» Екатеринбург, изд. УрО РАН, 1999, 220с. ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
1. Установленная связь физико-химических процессов в экосистеме вода-горная порода и фракционирования 238U и 234U позволяет выполнить количественную оценку скорости разрушения структуры горных пород при оценке устойчивости природной среды под воздействием геологических факторов.
2. Впервые на основании уран-изотопных соотношений распространенного неравновесного урана в рудах установлено современное преобразование рудного вещества « " 234т т месторождении со скоростью, соизмеримой с периодом полураспада и, что позволяет прогнозировать интенсивность проявлений геохимических процессов в миграции элементов и загрязнения ими окружающей среды.
3. Выявлены аномальные величины неравновесного урана в подземных водах неурановых рудных месторождений и доказано увеличение в них избытка 234U в последовательности - безрудные породы - ореолы околорудных метасоматитов - месторождения, что является новым направлением прогнозирования и поисков месторождений полезных ископаемых.
4. Установленная закономерная связь концентрации U и 234U/ 8U формирующихся в воде в результате физико-химических и ядерных процессов является информативным показателем для определения генезиса подземных вод и прогноза загрязнения геологической среды.
БЛАГОДАРНОСТИ. Автор выражает глубокую признательность научному консультанту директору Института экологических проблем Севера УрО РАН, член -корр. РАНФ.Н. Юдахину за советы и замечания. Автор искренне благодарен вице-президенту РАН, академику Н.П. Лаверову за поддержку исследований.
| 
Вы находитесь:
