1.1 История развития геохимии изотопов благородных газов

В истории изотопных геохимических исследований благородных газов можно выделить три этапа. Первый - с начала 20-х годов, когда Ф. Астоном был выполнен первый изотопный анализ Ar (атмосферного), и до 50-х годов прошлого столетия. Это был по существу "безызотопный" период. Установившиеся благодаря работам Ш. Муре представления того времени предполагали первозданное, или "астрофизическое", происхождение всех благородных газов на Земле, за исключением части гелия. Считалось также, что аргон, обнаруженный в некоторых природных газах и минералах, как и неон, криптон, ксенон - продукт свободной циркуляции вод, некогда насыщенных воздухом / Хлопин, 1957/

К началу 50-х годов, благодаря работам Э. К. Герлинга, А. Нира, Л. Олдрича, В. Г. Хлопина окончательно подтвердилось догадка К. Вейцзекера о распаде калия и радиогенном происхождении ⁴⁰Ar. В период 50-е - начало 70-х годов бурное развитие ядерной физики и радиохимии, а также масс-спектральной и другой техники значительно повысило уровень знания о радиоактивных процессах, в том числе природных, о распределении изотопов и радиоактивных элементов на Земле. Широкое развитие получает радиологические датирование, изотопно-геохимические исследования, появляются первые публикации об изотопном составе инертных компонентов в природных газах /Изотопы…, 1967; Aldrich, 1948; Zartman 1961, и др./. Прогресс в области изотопной геохимии благородных газов во многом предопределялся работами Дж. Вассербурга, А. П. Виноградова, Э. К. Герлинга, Л. К. Левского, Р. Зартмана, Е. Мазора, А. Нира, Л. Олдрича, Р. Моррисона, Дж. Пайна, Дж. Рейнольдса, И. Н. Толстихина, В. В. Чердынцева, Ю. А. Шуколюкова, Э. М. Прасолова и других. В это время сформировалась точка зрения об исключительно радиогенном происхождении инертных газов недр /Виноградов, 1964/. Атмосфера представлялась единственным резервуаром первичных газов полностью дегазированной (по отношению к ним) Земли. Присутствие первичных газов в верхней части коры связывалось с проникновением воздуха в недра. Геохимическое содержание исследований того времени так или иначе было связано с взаимодействием газов двух резервуаров - коры и атмосферы, их эволюции, миграции газов, количественных оценок объемов образовавшихся радиогенных газов и др.

Поворотным моментом в развитии геохимии инертных газов явилось открытие гелия с чрезвычайно высоким соотношением изотопов ³He/⁴He в вулканических газах, что должно было означать присутствие в мантии Земли первичного гелия. Впервые об этом было сообщено в 1968 г. на Втором Всесоюзном Симпозиуме по применению стабильных изотопов в геохимии. Это были одни из первых результатов "Ленинградской группы" (с 1966 г. Группа сотрудников ИГГД АН СССР, ВНИГРИ, ФТИ АН СССР по инициативе И. Н. Толстихина начала работы по исследованию изотопов гелия в различных земных объектах). Первая публикация увидела свет в 1969 г. /Мамырин, Толстихин, 1969/. Примерно в это же время вышла работа американских ученых (группа Г. Крейга), в которой сообщалось о небольшом избытке (10%) изотопа ³He (относительно воздушного) в водах Тихого океана /Clarke, 1969/. Это также объяснялось добавкой мантийного гелия, содержащего первичную компоненту. Это открытие заставило существенно пересмотреть имевшиеся представления о дегазации Земли, стимулировало работы во многих направлениях, в частности поиски других мантийных производных, оно, наконец, дало в руки исследователей объективный критерий мантийного происхождения природных газов. Примечательно, что это достижение оказалось созвучным с общими тенденциями развития современной геологии, все большее внимание уделяющей изучению глубинных процессов, рассматривающей строение и историю Земли и других планет в едином контексте.