铀在地壳中的浓缩

迄今为止我们确信，对地球结构的以下组成部分中的铀含量，已经进行了充分的分析，其中包括：构成陆地地壳、海洋地壳的岩石，从山脉断层中暴露的上地慢岩石，以及玄武岩和金伯利岩中的捕虏岩。但对于下地慢和地核中的铀含量我们还不是那么确定。

在陨石中，铀的含量大约是每吨陨石含有0.008克铀，而在原始地慢（百度百科解释：原始地幔是一种假设的物质，它代表的是地球形成初期已核幔分离但尚未分离出地壳时的地幔成分，可以说包括现代地壳和现代地幔）中，铀的含量大约是每吨含有0.021克铀。由于铀具有这样一种特性，即更容易与地壳岩石共存，而难以与富含铁的岩石共存，所以在地核中凝聚形成的不含铀的铁镍合金将导致组成原始地球的岩石中铀的含量与陨石中的铀含量相比大大增多。这就像一杯盐水，一部分结冰以后，由于盐在冰和水中的溶解度不同，导致冰里的盐减少，水中的盐增多。

经历了以上的地壳—地幔分配过程以后，现在，测量海底暴露的“贫铀”地幔所得到的铀浓度为每吨含有0.004克铀；与此对应的是，测量陆地地壳岩石中的铀浓度，发现浓缩达到每吨含有1.4克铀。这与原始地幔相比，浓缩了70倍。也就是说，现在的“贫铀”地幔中丢失的铀，绝大多数藏在陆地地壳中。

根据当前的研究结果，铀从地幔转移到地壳的过程，大致是一个复杂的多步骤过程。不过我们知道，对于过去至少20亿年，发生了以下几个过程：

（1）大洋中脊溢出的地幔形成海洋地壳和岩石圈。

（2）海洋岩石圈横向迁移，从大洋中脊（地壳产生的地方）向海沟（地壳消失的地方，也叫做俯冲带）移动。

（3）在俯冲带，产生岩浆和俯冲带地幔楔。

（4）这些岩浆又在岛弧区域（例如环太平洋火山带）以火山喷发或岩浆喷涌的形式重新上升至地表。

（5）这些岛弧岩浆（岩石的前身）凝固、形成花岗岩、形态变化，最终形成地壳。

在这个地壳形成的循环中，不管是橄榄岩还是花岗岩，钾和铀的比例都保持在大约10000：1，这表明了铀的“亲岩石”特性。对于我们弄明白并追踪铀在地球上的分布情况而言，铅同位素的富集度是很重要的参量。表1指出，地幔中的铅含量较少，铀与铅的比值较大，与陨石中的情况形成了对比。这可以由铅具有“亲铁”的特性来解释，在陆地沉积、地核分离的过程中，地幔失去了铅。由此导致的结果是，在地壳和地幔中铅同位素Pb-207与Pb-204的比例以及Pb-206与Pb-204的比例都比在陨石和地核中的高。其中，Pb-207是²³⁵U的衰变产物，Pb-206是²³⁸U的衰变产物，Pb-204不是铀的衰变产物。

表1

ppm：百万分之一。

在表1中，陆地地壳的数值是整个地壳的平均值。当然，在局部地区铀可能会具有高得多的浓度，例如在某些花岗岩中能够达到50 ppm，甚至在某些地方（例如奥克洛矿区），铀的浓度如此之高，以至于形成了天然核反应堆。

地壳上的天然核反应堆

位于西非的加蓬共和国的奥克洛矿区富含铀的矿床中，大约从20亿年前开始，至少有17个天然核反应堆就已经开始运行了。每一个天然核反应堆的热功率大约是20千瓦。

在20亿年前，²³⁵U占所有铀的比例大约是3.7%，比现在的0.7%高得多。这些天然的链式反应堆，由于其间有水流过，水发挥了中子慢化剂的作用，便自发地启动了反应，并持续运行了大约两百万年，直到铀枯竭。在这么长的反应过程中，总共有5.4吨裂变产物和1.5吨钚和超铀元素在矿体中产生了。

最初产生的放射性产物早就衰变成了稳定的元素，但通过研究这些放射性产物的总量和地理位置，能够发现放射性废料的位置几乎没有移动，钚和超铀元素也保持不动，没有发生明显的扩散现象或对环境产生影响。这也许是大自然在启示我们：放射性废料的永久地质储存是能够实现的。