Изотопная систeма

ИЗОТОПНАЯ СИСТЕМА, совокупность стабильных нерадиогенных изотопов (нуклидов) одного химического элемента или генетически связанных изотопов двух или более элементов. Состав изотопной системы определяют с помощью изотопного анализа. В изотопной системе из стабильных нерадиогенных изотопов относительная распространённость изотопов варьирует вследствие изотопного фракционирования, определяемого изотопными эффектами. В геологии изучение таких изотопных систем, как D/Н, ¹³С/¹²С, ¹⁵N/¹⁴N, ¹⁷O/¹⁸O/¹⁶O, ³²S/³³S/³⁴S, а также изотопных систем более тяжёлых элементов - Ca, Cr, Fe, Cu, Zn, Se, Mo и др., позволяет восстановить физико-химические условия формирования геологических объектов (горных пород, руд) и источник их вещества. Изотопные  системы создаются искусственно путём введения изотопных меток вещества (используются в аналитической химии, биологии, медицине); возникают вследствие сдвигов изотопного состава, инициируемых в технологических процессах атомной промышленности (при изотопном обогащении).

Изотопные системы из генетически связанных изотопов двух или более элементов состоят из радиоактивного и образующегося из него стабильного радиогенного изотопов. В геологии на основе анализа изотопных систем, в которых происходит накопление радиогенных изотопов за счёт распада радиоактивных изотопов, различными методами определяют изотопный геологический возраст; в археологии - возраст древних человеческих культур. Достоверное определение возраста геологических объектов возможно с использованием закрытых изотопных систем  (если датируемые горные породы и минералы в течение всего времени существования не подвергались воздействию высоких температур, давления, химически активных флюидов, приводящему к миграции из систем радиогенных изотопов). Изотопные  системы с долгоживущими радиоактивными изотопами (⁸⁷Rb-⁸⁷Sr, ¹⁴⁷Sm-¹⁴³Nd, ²³⁸U-²⁰⁶Pb, ²³⁵U-²⁰⁷Pb, ¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os, ⁴⁰K-⁴⁰Ar и др.) позволяют измерять отрезки времени от десятков тысяч лет до длительности существования Земли и Солнечной системы. Анализ этих систем дал возможность установить возрастные границы этапов геологической истории, определить точный возраст Земли (4,566 миллиардов лет). В космохимии исследуют изотопные системы с относительно короткоживущими радиоактивными изотопами, синтезированными в момент возникновения Солнечной системы, такие как ¹²⁹I-¹²⁹Xe, ¹⁸²Hf-¹⁸²W, ²⁶Al-²⁶Mg, ¹⁴⁶Sm-¹⁴²Nd. Открытые изотопные системы, состоящие из радиоактивного и стабильного радиогенного изотопов, исследуют при реконструкции термической истории горных пород и минералов. Экспериментально определив миграционные параметры изотопов по оставшимся в минерале концентрациям радиогенного и радиоактивного изотопов, образующих изотопную систему, оценивают продолжительность миграции и температурные условия. По открытым изотопным системам, нарушенным кратковременным воздействием на минерал и горную породу высоких температур, давления, химически активных флюидов, при определённых условиях можно установить правильный геологический возраст. Для этого используют изотопно-геохимические модели, количественно учитывающие миграцию изотопов.

Лит.: Фор Г. Основы изотопной геологии. М., 1989; Титаева Н. А. Ядерная геохимия. 2-е изд. М., 2000.