就钍和鑀而言,很显然,钍是来自大陆河水中所含的钍,而鑀则来自铀的放射性蜕变。关于河水中钍含量的测定数据不多。依据三宅、杉村和坪田(1963)资料,日本河水中可溶性钍的含量平均是2.7×10-1微克/升。这是日本十条大河中钍含量的平均值。但是,在这以后,依据三宅、杉村和安岛的研究得知,河水中钍的大部分含在悬浊物之中,可溶性钍只不过占总钍量的10%。所以河水中总钍含量是0.2-0.4微克/升。
钍和鑀的来源虽然不同,可是一旦进入海洋之后,其迁移方式应该是相同的。尤其是鑀的含量比起钍来非常小。所以,不能认为这两个同位素在海中会有各自不同的动向。倘若由大陆供给的钍在海底迅速沉淀,那么大概也会以相同的速度沉淀。
钍和鑀不同之处不仅是来源种类的问题,而且其来源的分布也是不同的。如前所述,鑀来源于铀,而铀在海洋中虽稍有变动,但基本上是均匀的。可是钍因为是在大陆和海洋的境界上供给的,所以其来源分布相当不均匀。此外,钍的生物浓缩系数为103数量级,可以认为,生物的影响也改变着海水中钍的浓度。
要是AIo大体上均匀的话( Gold berg,1962),就是说鑀和钍的放射性比AIo/ATh就由ATh即Th的浓度来决定。这由下述事实得到说明:在远离大陆的南太平洋,AIo/ATh竟达150之多,而在靠近亚洲大陆的日本附近只为1~10左右(日本附近AIo/ATh这样小的比值是由三宅和杉村(1961)在海底泥中发现的)。
AIo/ATh=1这一数据,如换为质量比则为5.6×10-6。因迄今AIo/ATh的实测值是在1-150范围内,所以鑀和钍的质量比是在5.6×10-6-9×10-4范围内。依据河水中AIo/ATh的调查结果(三宅,彬村,安岛,1970),其比值大体在0.5-1范围内。陆地上针和铀的存在比大致为3,钍的放射性蜕变常数为铀的1/3,所以AIo/ATh的放射性之比,在陆地上应接近于1。河水中的值为0.5-1,这表明河水中鑀-钍之比和陆地上的比值相接近。
表面水中的AIo/ATh比,前已叙及,然而因海域不同其比值有显著差异。最小值是1-3,这是在北大西洋( Goldberg等,1964)和日本海(三宅,杉村,1967)测得的。在西北太平洋测得的值为5-10(三宅,杉村,1967),在东北太平洋测得的值为50左右( Goldberg,Kolde1962),而最大值为160是在南太平洋测得的。
鑀的沉积速度无论在何处都应与其放射生成(即即由铀蜕变成鑀的)速度相相等,此外,因为钍和鑀的平均停留时间应大致相等,所以,要是在溶存物质和沉积物质之间不发生同位素分离的话,那么沉积物中AIo/ATh的值就由钍的沉积速度和海水中Io/Th之比来决定。在靠近大陆的海区,因钍的供给量多,所以AIo/ATh就变小。反之,在远离大陆的外洋,因钍的供给量小,所以AIo/ATh就变大。
鑀的浓度上限是5×10-11克/升,这是和海水中铀的浓度3微克/升相平衡的量。然而镭的含量相对于海水中铀量来说,仅仅为平衡量的1%左右。如果假定镭全部是由海水中的鑀产生的,那那么鑀浓度的上限被认为是5×10-12克/升。但正如科齐(1958)所指出的那样,因海水中镭的大部分是由在海底一度沉积的鑀所生成的镭再溶解而来的,因此很难设想海水中的鑀和镭处于平衡。由此,钍的浓度上限是9×10-7克/升,而最小值恐怕只有10-11克/升左右。在表2.16中表示出AIo/ATh以及不同鑀浓度时的钍的浓度。
现在假定海底泥沉积速度为1毫米/千年,要是海底泥中钍的含量是5微克/克,那么钍的年沉积量就是10微克/米2·年。因为钍在海洋里的平均停留时间为500年,所以钍在海洋里总量为5毫克/米2,换句话说,平均为1.2×10-9克/升。
另一方面,鑀的沉积速度要是和其放射生成速度相等的话,则其值为2×10-3微克/米2·年,而海底泥表面AIo/ATh之比倘若为50,那么钍的沉积速度就是7微克/米2·年。与此相对应的钍在海水中的浓度,考虑其平均停留时间为500年时,浓度为8×10-10克/升,所以鑀的浓度就成为2.5×10-13克/升。
表2.16 不同鑀的浓度以及与AIo/ATh相对应海水中的钍含量(克/升)
鑀含量 AIo/ATh |
5×10-12* | 10-12 | 10-13 | 10-14 |
1 | 9×10-7 | 1.8×10-7 | 1.8×10-8 | 1.8×10-9 |
10 | 9×10-8 | 1.8×10-8 | 1.8×10-9 | 1.8×10-10 |
50 | 1.8×10-8 | 3.6×10-9 | 3.6×10-10 | 3.6×10-11 |
150 | 6×10-9 | 1.2×10-9 | 1.2×10-10 | 1.2×10-11 |
* 海水中的镭全部由溶于或悬浮于海水中的Io生成时Io的含量
表2.17列出以海底泥中钍含量取3-15微克/克时,与不同沉积速度、不同钍、鑀的停留时间相对应的海水中钍的浓度。综合表2.16和2.17,把海底泥中钍含量作为3-15微克/克时,海水中钍和鑀的浓度范围示于表2.18。
表2.17 以海底沉积物中的钍浓度作为3-15微克/克,给出不同停留时间时的钍含量(单位:10-10克/升)
沉积速度(毫米/千年) 停留时间(年) |
0.5 |
1 | 2 | 5 | 10 | 100 |
300 500 1000 |
2.3~11.25 3.8~18.7 7.5~37.5 |
4.5~22.5 7.5~37.5 15~75 |
9~45 15~75 30~150 |
22.5~112.5 37.5~135 75~375 |
45~225 75~375 150~750 |
450~2250 750~3750 1500~7500 |
海洋里,海底底泥沉积速度大体在1-10毫米/千年的范围内,因为在远洋AIo/ATh的比值超过10,所以钍含量在5×10-10-5×10-8克/升范围内,而与此相对应的鑀的含量,则在5×10-14-5×10-8克/升范围内。靠近沿岸处以及封闭海中,海底泥沉积速度竟大到10-100毫米/千年左右,而AIo/ATh的值很小。在这样的海域,钍的含量能达7×10-7克/升之多,而鑀含量则为3×10-14-4×10-12克/升。与此相反,像在南太平洋那样真正的外洋,沉积速度倒很小(0.5-1毫米/千年),AIo/ATh的比值又显得很大,达150。在这种地方,钍含量大概也变得非常小(钍10-10-5×10-9克/升,鑀10-13-10-12克/升)。表2.19列出了最近测定的钍和鑀浓度值。
表2.18 以沉积物中的钍含量作为3-5微克/克时的海水中钍和鑀含量的范围
AIo/ATh | 1 | 10 | 50 | 150 |
沉积速度(毫米/千年) | 10~100 | 1~10 | 1~10 | 0.5~1 |
钍含量(克/升) | 4.5×10-9~7.5×10-7 | 4.5×10-10~7.5×10-8 | 4.5×10-10~1.8×10-8 | 2.3×10-10~6×10-9 |
鑀含量(克/升) | 2.5×10-14~4.2×10-12 | 2.5×10-14~4.2×10-12 | 1.3×10-13~5×10-12 | 1.9×10-13~5×10-12 |
表2.19 海水中的钍和鑀最近的分析结果
年 | 海域 | 钍(克/升) | 鑀(克/升) | 研究者 |
1964 | 骏河湾 | 0.6~5×10-7 | 2.7×10-12 | 三宅,杉村,安岛 |
1964 |
北太平洋 28°-31°N |
0.4~2.4×10-9
|
1.2×10-14
|
三宅,杉村,安岛
|
1964 | 北大西洋 |
0.4~4.5×10-9 |
0.7~3.5×10-14 | Moore和 Sackett |
1965 | 太平洋赤道海域 | 1.0~7.9×10-9 | 2.6~20×10-13 | Kuznetov等 |
1966 | 太平洋东部 | 0.2~0.6×10-9 | 0.9~3×10-14 | Somaya jule和Goldberg |
钍的浓度在2×10-10到5×10-7克/升范围内,鑀的浓度在7×10-15到7×10-12克/升范围内。对于钍和鑀今后还有必要测定更多的正确的数据,尤其重要的是要了解它们在海水中以什么样的形态存在。
根据以上想法,很明显钍和在海水中的含量可能有大幅度的变动动。这就是说,以前把相互矛盾的钍的分析值,作为分析误差这种自圆其说的论点,如今得以澄清了。