ПРИРОДНЫЙ РАДИОУГЛЕРОД

Благодаря круговороту С в природе происходит постоянный обмен 14С между атмосферой, с одной стороны, и гидросферой, литосферой, педосферой и живыми организмами, с другой.

Р.М. Алексахин и др., 1991

Углерод (СагЬопеит), С — химический элемент IV группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер 6, атомная масса — 12,01115. В природе углерод представлен двумя стабильными изотопами — 12С (98,892%) и |3С (1,108%), а также одним радиоактивным изотопом 14С (Т|/2 = 5730 ± 30 лет, (3-излучатель) космического происхождения, присутствующим в ничтожных количествах (содержится в атмосфере в количестве около 2 • Ю~10 массовых%). Получены также несколько короткоживущих радиоактивных изотопов углерода (8-11С и 15_20,22С), не имеющих практического значения — максимальный период полураспада 19,3 с.

Отношение |2С/|3С в различных природных веществах колеблется (низкое — в известковых породах, высокое — в растениях). Различие в отношении этих изотопов характерно для карбонатов. Так, доломит, например, показывает относительно низкое отношение — 88,1, а карбонаты зоны окисления рудных месторождений имеют высокое отношение — 90,7. В пределах одного минерала, например кальцита разного происхождения, это отношение также может изменяться.

Относительное содержание |4С по отношению к наиболее распространенному изотопу |2С в атмосфере остается примерно постоянным (приблизительно 1 : 1012).

Углерод в виде угля, копоти и сажи известен человечеству с давних времен; около 100 тыс. лет назад, когда наши предки овладели огнем, они каждодневно имели дело с углем и сажей. Безусловно, они встречались с углеродом и ранее — на пожарищах, вызванных грозовыми молниями. Вероятно, очень рано люди познакомились и с аллотропическими видоизменениями углерода — алмазом и графитом, а также с ископаемым каменным углем. Алмазом (от греч. абара^ — неукротимый) греки называли особенно твердые минералы и драгоценные камни. Графит (от греч. урафсо — пишу) в средние века применяли для производства тиглей и карандашей. Горение углеродсодержащих веществ было одним из первых химических процессов, заинтересовавших человека. Так, в глубокой древности углерод в виде древесного угля применялся в качестве восстановителя для выплавки металлов.

Систематическое изучение углерода началось с XVII в. А.Л. Лавуазье в 1772 г., повторив опыты флорентийских ученых (1694 г.) по нагреванию алмаза в солнечных лучах, сфокусированных линзой, доказал, что он сгорает на воздухе. Химический состав алмаза окончательно был установлен в 1797 г. в результате работ английского химика С. Теннанта, показавшего, что при окислении одинаковых количеств алмаза и древесного угля образуются равные количества углекислого газа и, следовательно, алмаз и графит имеют одинаковую химическую природу. Графит в течение долгого времени отождествлялся со сходными по внешнему виду минералами. Как самостоятельный минерал он был классифицирован С. Гесснером в 1565 г. Шведский химик К. Шееле в 1779 г., изучая окисление графита селитрой, пришел к выводу, что он является разновидностью минерального угля. Таким образом, было доказано единство химической природы угля, графита и алмаза. Как индивидуальный химический элемент углерод впервые рассматривался А.Л. Лавуазье. Международное название «сагЬопеит» происходит от лат. «сагЬо» — уголь, связанного с древним корнем каг — огонь. Этот же корень в латинском сгетаге — гореть, а возможно, и в русском «гарь», «жар», «угореть» (в древнерусском «угорати» — обжигать, опалять).

В начале XIX в. старое слово «уголь» в русской химической литературе иногда заменялось словом «углетвор»; с 1824 г. М.Ф. Соловьев ввел название углерод.

Радиоактивный изотоп |4С впервые был получен Ф. Жолио-Кюри в 1934 г. при облучении азота быстрыми нейтронами. После облучения он обнаружил испускание частиц, оставляющих длинные и тонкие треки в камере Вильсона. После открытия нейтронного компонента космического излучения в 1939 г. К. и Д. Монтгомери предположили возможность образования природного радиоуглерода в атмосфере. В 1940 г. американский физико-химик У. Либби рассчитал среднюю скорость образования 14С в атмосфере и показал, что количество достаточно для обнаружения этого изотопа в природных объектах. Через год К.Д. Андерсон с сотрудниками обнаружили |4С в метане, полученном из сточных вод.

Космогенный радионуклид |4С образуется в верхних слоях тропосферы и стратосферы в результате поглощения атомами 141ч1 тепловых нейтронов, которые, в свою очередь, являются результатом взаимодействия космических лучей и компонентов атмосферы:

14Ы + п14С + ;н + 0,62 МэВ

Наибольшее количество образуется на высоте от 9 до 15 км — на высоких геомагнитных широтах, однако затем он равномерно распределяется по всей атмосфере.

Еще один природный канал образования |4С — происходящий с очень малой вероятностью кластерный распад некоторых тяжелых ядер, входящих в радиоактивные ряды. В настоящее время обнаружен распад с эмиссией 14С ядер 224Яа (ряд тория), 223Яа (ряд урана-актиния), 226И.а (ряд урана-радия). Предсказан, но экспериментально не обнаружен аналогичный процесс для других природных тяжелых ядер (кластерная эмиссия |4С обнаружена также для отсутствующих в природе нуклидов 221 Ег,221 Яа, 222 Ид и 22эАс). Скорость образования радиогенного 14С по этому каналу пренебрежимо мала по сравнению со скоростью образования космогенного 14С.

Природный радиоуглерод претерпевает (3“-распад, в результате распада образуется стабильный нуклид ,41Ч:

14С->14N + е~ + Уе + 0,57 МэВ

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >