Геохимия природных радионуклидов (тема 1)

1. Геохимия природных радионуклидов

2. Тема 1.

Предмет и задачи геохимии радионуклидов.
Краткая история развития области знаний.

3. Геохимия -

Геохимия наука,
изучающая историю атомов
химических элементов Земли
(определение В.И.Вернадского)

4. Предмет геохимии -

Предмет геохимии изучает химический состав геосфер
Земли
рассматривает закономерности
миграции и концентрации атомов
химических элементов в зависимости от:
особенностей строения элемента
(внутренние факторы миграции)
условий окружающей среды
(внешние факторы миграции).

5.

6. Две основные отрасли геохимических исследований и практического применения геохимический знаний:

геохимия
полезных
ископаемых
окружающей
среды

7. Геохимия окружающей среды или экологическая геохимия -

Геохимия окружающей среды или
экологическая геохимия
изучает историю химических
элементов Земли в
биосфере
(В.А. Алексеенко)
наука о взаимодействии
организмов и их сообществ с
геохимической средой в
биосфере, а также
организмов между собой в
условиях популяций
биоценозов,
биогеохимических провинций
и зон как структурных частей
единой целой системы —
биосферы.
(С.П.Торшин)
рассматривает
закономерности миграции
химических элементов в
природных и природноантропогенных средах,
которые прямо или косвенно
влияют на условия жизни
человека
(Ю.Е. Сает и др.)

8.

Экологическая геохимия
Геоэкология–
объединяет исследования
состава, свойств, процессов
в геосферах Земли
как среды обитания человека
и других организмов
Биогеохимия -
исследует процессы
массообмена химических элементов
между живыми организмами
и окружающей средой
(радиальная миграция)
Геохимия ландшафта –
Почвоведение
изучает миграцию химических элементов
в ландшафте
(латеральная миграция)

9.

В настоящее время разграничение
эколого-геохимических,
биогеохимических, почвенно- и
ландшафтно-геохимических
исследований весьма условно…
В.В.Добровольский

10. Три основных методологических аспекта геохимии:

геохимия
процессов
систем
элементов
ЕРН
Механическая
миграция
Физико-химическая
миграция
Биогенная
миграция
Техногенная
миграция
абиогенные
биогенные
биокосные
техногенные

11.

ПРИРОДНЫЕ РАДИОНУКЛИДЫ = ЕСТЕСТВЕННЫЕ
РАДИОНУКЛИДЫ
ЕРН
NORM

12. РАДИОНУКЛИДЫ

нестабильные нуклиды, ядра которых
радиоактивны
Термин «(радио)нуклид» был предложен Трумэном
Кохманом в 1947 г.: «Нуклид - сорт атома,
характеризующийся строением его ядра, в частности числом
протонов и нейтронов в его ядре».
лат. radiо — «излучаю», raduis – луч
лат. nucleus — «ядро»

13.

14. Запись формулы нуклида:

А E
(Z) (N)
или E-A
где А – массовое число,
Z – заряд = порядковый номер,
N – число нейтронов

15.

Нуклиды
Стабильные
271 нуклид от Н до Pb
(включительно),
кроме Tс (технеций, Z=43)
и Pm (прометий, Z=61)
Радиоактивные
> 1500

16.

В природе обнаружено ≈ 70 радиоактивных
изотопов
У элементов с порядковым номером ≥83, т.е.
начиная с Bi, все нуклиды радиоактивны
Радиоактивные элементы с атомными
номерами 43 (технеций, Tc), 61 (прометий, Pm),
93 (нептуний, Np) и все последующие являются
искусственными
НО: в природе найдены также ничтожные
количества Tc, Pm, Np, возникающих при
делении ядер U — либо спонтанном, либо
вынужденном делении ядра (под действием
нейтронов космических лучей и др.).

17. Геохимия естественных радионуклидов

раздел экологической геохимии,
который изучает закономерности
рассеивания и концентрации природных
радионуклидов в компонентах
окружающей среды под влиянием
природных и антропогенных факторов

18. Открытие радиоактивности

Антуан Анри Беккерель,1896 г.
случайно открыл радиоактивность во время
работ по исследованию фосфоресценции в
солях урана
Изображение фотопластинки
Беккереля, которая была
засвечена излучением солей
урана. Ясно видна тень
металлического мальтийского
креста, помещённого между
пластинкой и солью урана.
radio – излучаю, radus – луч

19.

Беккерелю также удалось сделать ещё одно
«случайное» крупное открытие, относящееся к
радиоактивности. В апреле 1902 года для
публичной лекции ему понадобилось
радиоактивное вещество, он взял его у
супругов Кюри и положил пробирку с ним в
жилетный карман. Прочтя лекцию, он вернул
пробирку с хлоридом радия (RaCl2)
владельцам, а на следующий день обнаружил
на теле под жилетным карманом покраснение
кожи в форме пробирки, на месте которого
позже образовалась язва.
Беккерель рассказал об этом Пьеру Кюри, и тот
поставил на себе опыт: в течение десяти часов
носил привязанную к предплечью пробирку с
радием. Через несколько дней у него тоже
появилось покраснение, перешедшее затем в
тяжелейшую язву, от которой он страдал в
течение двух месяцев. Так впервые было
открыто биологическое действие
радиоактивности

20. Мария (1867-1934) и Пьер (1859-1906) Кюри

?
Сравнение интенсивности радиации соединений урана, полученных из разных
месторождений + химически выделенных из руд
Открытие радия (открыт в 1898 г., впервые выделен в 1902 году) и полония
(«польский», 1898 г.)
В 1903 г. Мария и Пьер Кюри совместно с Анри Беккерелем получили Нобелевскую
премию по физике «за выдающиеся заслуги в совместных исследованиях явлений
радиации».
В 1911 г. Мария Склодовская-Кюри получила Нобелевскую премию по химии «за
выдающиеся заслуги в развитии химии: открытие элементов радия и полония,
выделение радия и изучение природы и соединений этого замечательного элемента».
Мария Склодовская-Кюри стала первой — и на сегодняшний день, единственной в
мире женщиной — дважды лауреатом Нобелевской премии.

21.

22.

С 1898 по 1902 гг. супруги
Кюри переработали 8 т
руды урана и
выделили…около 1 г нового
элемента, впоследствии
названного радием.
Когда встал вопрос о
патентовании открытия, они
решили предоставить его
безвозмездно на пользу
человечества. И остались в
бедности.

23.

"Мне приходилось обрабатывать в день до двадцати килограммов
исходного вещества, и в результате весь наш сарай был
заставлен большими сосудами с осадками и растворами; это был
изнурительный труд - переносить мешки, сосуды, переливать
жидкости и часами перемешивать железным прутом кипящую
массу в чугунном котле"
"Какое это подвижничество, господа, когда все было так
интересно!"
М. Кюри

24.

Работая с радиоактивными веществами,
Мария не предпринимала никаких мер
предосторожности и даже носила на груди
ампулу с радием как талисман.

25.

26. Ирен Жолио-Кюри

Дочь Пьера и Марии, Ирен
Жолио-Кюри (1897—1956) —
нобелевский лауреат по
химии 1935.
«Меня нисколько не
волновало, достигну ли я
того же, что моя мать. Я
любила поиски ради них
самих. Есть некоторые
незначительные опыты,
которые доставили мне
удовольствия больше, чем
те, что сулили громкие
успехи».

27. Ева Дениза Кюри-Лабуасс

Ева Дениза КюриЛабуасс
французская и американская
пианистка, писательница,
журналистка, музыкальный
критик и общественный
деятель.
Неожиданно для самой себя Ева
тоже оказалась причастна к
«нобелевской традиции» семьи.
Ее муж, Генри Ричардсон
Лабуасс в течение 15 лет был
руководителем Детского Фонда
ООН (ЮНИСЕФ), за что в 1965
году был удостоен Нобелевской
премии мира.
Скончалась в 2007 г. в возрасте
102 лет

28.

29. Единицы радиоактивности

Система Си - беккерель (Бк, англ.
Becquerel, Bq ) –
среднее количество распадов ядер в
единицу времени
внесистемная единица - кюри (Ки, англ.
Ci).
Первоначальное определение этой
единицы соответствовало активности
1 г Ra-226.
1 Ки = 3,7·1010 Бк

30. Возникновение геохимии

1908-1911 гг.
кафедра минералогии Московского
Университета
Владимир Иванович Вернадский
(1863-1945)

31.

32. Вклад В.И.Вернадского в геохимию

Биосфера - наружная оболочка Земли,
охваченная геохимической активностью
живого вещества
Ноосфера - закономерный новый этап
развития биосферы, когда человек может
и должен перестраивать своим трудом и
мыслью область своей жизни
Биосфера – Эдуард Зюсс, 1875 – «сфера обитания
организмов»
Ноосфера – Эжен Леруа (1927) - совокупность разумов
всех людей, состоящая из индивидуумов

33. Революционность учения В.И.Вернадского о биосфере

понятие о живом веществе
планетарная геохимическая и геологическая роль
живых организмов
расширение границ биосферы:
совокупность организмов Земли или какой-нибудь ее части,
выраженная в единицах массы, энергии, информации
верхняя часть земной коры
вся гидросфера
нижняя атмосфера
«пленки сгущения» живого вещества:
почва
несколько верхних метров в океане

34. Интерес В.И. Вернадского к явлениям радиоактивности

"Уже теперь в картине реальной природы выдвинуто значение
радиоактивности для объяснения теплоты земного шара, для
определения его возраста, для исчисления годами геологических
периодов, для образования горных цепей; мы видим ее проявление в
учении об атмосферном электричестве, о химических реакциях земной
поверхности"
(Вернадский, 1954)
- исследование радиоактивных минералов и их месторождений на
территории России
- в 1922 г. образовались Государственный радиевый институт в
Ленинграде и его филиал в Москве – поисковая геохимия
- радиоэкологические исследования в 30-е гг. под руководством и по
инициативе В.И. Вернадского в Биогеохимической лаборатории
(БИОГЕЛ),
которая
в
дальнейшем
была
преобразована
А.И. Виноградовым в Институт геохимии и аналитической химии
им. В.И. Вернадского

35.

http://www.iur-uir.org/en/awards

36.

37.

38.

39. Франк Виглсуорт Кларк (1847-1931) Frank Wigglesworth Clarke

«The date of geochemistry»
10 химических элементов
в 880 образцах горных пород

40. Кларк -

Среднее содержание химического
элемента в земной коре, какой-либо ее
части, Земле в целом, в планетах и
других космических объектах
«После полувековой работы геохимия овладела
новым числом – новой константой мира»
А.Е.Ферсман (1944 г.)
Термин предложен А.Е. Ферсманом в 1923 г. в честь Ф.У. Кларка

41. Clarke number

In the English speaking world, the term "clarke" was not
even used in Wells(1937) which introduced Fersman's
proposal, nor in later USGS articles such as
Fleischer(1953). They used the term "relative abundance
of the elements".
Brian Mason also mentioned the term "clarke" in
Mason(1952) (mistakenly attributing it to Vladimir
Vernadsky, but the definition slightly differed from
Fersman's, limiting it only to the average percentage in
Earth's crust, but allowed to exclude hydrosphere and
atmosphere. Besides for explaining the term, Mason
himself didn't use the term "clarke".
Terms "clarke number" and "Clarke number" are found in
articles written by Japanese authors

42.

https://en.wikipedia.org/wiki/Abundance_of_elements_in_Earth%27s_crust

43. Александр Евгеньевич Ферсман (1883-1945)

«Геохимия» в 4 т. 1933-39 гг.

44. Виктор Мориц Гольдшмидт (1888-1947)

45.

46. Александр Павлович Виноградов (1895 – 1975)      

Александр Павлович Виноградов
(1895 – 1975)
Директор Института геохимии и аналитической химии АН СССР

47. Борис Борисович Полынов (1877-1952)

Академик Б.Б.Полынов (слева)
и профессор В.А.Ковда за работой
в Институте почвоведения, 1952 г.

48. Александр Ильич Перельман (1912-1998)

А.И. Перельман со своим
учеником Владимиром
Алексеевичем
Алексеенко
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии

49. Клечко́вский Все́волод Маври́киевич (1900—1972)

Академик ВАСХНИЛ, ближайший
ученик Д.Н. Прянишникова,
основатель Биофизической
лаборатории (БФЛ) в
Московской с/х академии им.
Тимирязева.
С 1948 г. по инициативе И.В.Курчатова
– накопление продуктов ядерного
деления в с/х растениях
Основные направления исследований
— применение метода меченых
атомов в агрохимии, исследования
питания растений с применением
радиоактивных изотопов, поведение
продуктов деления тяжелых ядер
(изотопов стронция, иттрия, циркония)
в почвах.

50. Тимофеев-Ресовский Николай Владимирович (1900—1981)

Основные направления
исследований: радиационная
генетика, популяционная генетика,
проблемы микроэволюции.
Лауреат медалей и премий Ладзаро
Спалланцани (Италия), Дарвиновской
(ГДР), Менделевской (ЧССР и ГДР),
Кимберовской (США).
Именем Тимофеева-Ресовского
названы Медаль «Биосфера и
человечество», Малая планета
«Тимресовия».
2000 год по инициативе ЮНЕСКО был
объявлен годом ТимофееваРесовского.
Основные труды в области
радиоэкологии: «Введение в
молекулярную радиобиологию»,1981.

51. Павлоцкая Фанни Ильинична (1922–2006)

Институт геохимии и
аналитической химии им.
В.И.Вернадского
Основные направления научной
деятельности:
геохимия искусственных радионуклидов
методология изучения форм нахождения
радионуклидов в наземных экосистемах
«Миграция радиоактивных продуктов
глобальных выпадений в почвах», 1974

52. Алексахин Рудольф Михайлович (1936-2018)

Директор Всесоюзного научноисследовательского института
сельскохозяйственной радиоэкологии и
агроэкологии (ВНИИСХРАЭ), г.Обнинск
вице–президент Международного союза
радиоэкологии (МСР)
Заслуженный деятель науки Российской
Федерации (1997)
Государственная премия СССР (1974)
Государственная премия Российской
Федерации в области науки и техники
(2002)
«Сельскохозяйственная
радиоэкология» (1992), «Крупные
радиационные аварии: последствия и
защитные меры» (2001), «Проблемы
радиоэкологии: Эволюция идей.
Итоги» (2006)

53.

54. Федор Анатольевич Тихомиров (1931–2003)

Зав. Лаборатории
Радиоэкологии ф-та
Почвоведения МГУ
им.М.В.Ломоносова
«Действие ионизирующих излучений на
экологические системы»,1972;
«Радиоизотопы в почвоведении», 1985.

55. Титаева Наталья Алексеевна (1930-2005)

Профессор кафедры геохимии Геологического факультета МГУ
им.М.В.Ломоносова

56. Израэль Юрий Антониевич (1930-2014)

российский метеоролог,
академик РАН
Исследования в области
радиационной геофизики –
рассеяние радионуклидов в
природных средах, прежде всего
в атмосфере, т.е. проблемы распространения
радиоактивных веществ от источника
выбросов
«Атлас загрязнения цезием территории
Европы после Чернобыльской аварии», 1998