Под действием солнечного «ветра» меняется химический состав только самых верхних слоев вещества Луны. Однако благодаря тому, что она подвергается интенсивной бомбардировке метеорами, происходит заметное перемешивание вещества в довольно глубоких слоях поверхности Луны. Следовательно, можно ожидать, что изменению химического состава вследствие эффекта разбрызгивания должна подвергаться значительная толща наружного слоя Луны. Подобные эффекты можно ожидать и для других планет и их спутников.

В телах Солнечной системы протекают непрерывные ядерные превращения, которые приводят к изменению изотопного состава многих химических элементов. Изучение этих процессов позволяет понять историю развития вещества Солнечной системы.

Распад радиоактивных ядер приводит, естественно, к сдвигам изотопного состава многих элементов: к накоплению содержания изотопов одних элементов и уменьшению других. Основное значение в истории Земли и метеоритов имеют радиоактивные изотопы: К⁴⁰(Т= 1,25 · 10⁹ лет), Тh²³²(T = 1,42 · 10¹⁰ лет), U²³⁵(T = 7,13 · 10⁸ лет) и U²³⁸(T = 4,5 · 10⁹ лет). Радиоактивный распад указанных изотопов за время, прошедшее с момента образования земной коры, равное 3,5-10⁹ лет, привел к значительному уменьшению их распространенности. Например, количество U²³ уменьшилось в 30 раз, К⁴⁰ — в 8 раз по сравнению с их первоначальным содержанием. Содержание изотопов Th²³² и U²³⁸ благодаря их большему периоду полураспада, уменьшилось на 10 и 50 % соответственно.

За счет распада изотопов тория и урана в земной коре происходит накопление их стабильных продуктов распада и прежде всего гелия Не⁴. Найдено, что 1 т гранита, содержащего 2 · 10^—б г урана и 1 · 10^—5 г тория на грамм гранита, за 1 млн. лет производит 0,51 мл гелия при обычной температуре и давлении. Установлено, что весь присутствующий в земной коре Не⁴ имеет радиогенное происхождение.

Из данных В. Г. Хлопина следует, что за 1 млрд, лет в результате распада урана и тория содержание гелия в земной коре увеличивается на 1 · 10^—5 вес. %, ь то время как распространенность гелия составляет только 1 · 10^—6 вес. %·

Промежуточные члены распада урана и тория — изотопы радиоактивных элементов: протактиния, актиния, тория, радия, франция, радона, полония и астата. Распространенность всех этих элементов крайне мала. Например, содержание радия равно 3,4 — 10^—7 г на 1 г урана, что составляет 1 · 10^—10 вес. %. Верхние же горизонты земной коры толщиной 7,5 км содержат около 11 300 т Ас²²⁷, 115 т Rn²²², 4000 т Ро²¹⁰, 245 г Fr²²³ и 0,69 г At²¹⁸.

Самые значительные сдвиги в изотопном составе наблюдаются для свинца, изотопы которого являются конечными звеньями рядов распада урана и тория, присутствующих в земной коре. Повышенное содержание свинца, обнаруженное недавно Аллером в Солнечной системе (см. рис. 45), обусловлено его образованием при распаде указанных выше элементов. Велики изменения и изотопного состава аргона. В породах и атмосфере преобладает изотоп Аr⁴⁰, он образуется при K-захвате К⁴⁰, который, как видно из данных, приведенных в периодической системе элементов, является самым распространенным радиоактивным изотопом в земной коре. Можно сказать, что весь Аr⁴⁰, присутствующий в настоящее время в земной коре, имеет радиогенное происхождение. Долгое время было непонятно, почему атомный вес аргона больше, чем калия, что не соответствовало их положению в периодической системе элементов. Сейчас эта аномалия объясняется большой долей радиогенного Аr⁴⁰ в изотопном составе аргона. Изменения в изотопном составе за счет распада других природных радиоактивных изотопов невелики, так как последние имеют очень большие периоды полураспада.

К изменению изотопного состава элементов может приводить также спонтанное деление некоторых изотопов тяжелых элементов. Периоды полураспада спонтанного деления велики. Так, для U²³⁸ он равен 8,04 · 10¹⁵ лет, для U²³⁵ — 1,87–10¹⁷ лет, для Th²³² по последним данным Т ≥ 10²¹ лет. Следовательно, наибольшую роль могут играть только продукты спонтанного деления U²³⁸, хотя и она тоже не очень велика, потому что за время существования земной коры разделилось только лишь около 3 · 10^-5 % ядер этого изотопа, присутствующих в начальный момент образования земной коры. Из рис. 9 следует, что увеличение распространенности за счет спонтанного деления можно ожидать только для изотопов с A от 85 до 105 и от 130 до 150.

В 1947 г. акад. В. Г. Хлопин с сотрудниками путем измерения соотношения изотопов ксенона (124≤ Α ≥136) и аргона (36≤ Α ≥40), выделенных из уранинита пегматитовых жил Северной Карелии, показал, что ксенон в этом минерале образуется при спонтанном делении урана. Дальнейшие детальные исследования показали, что в урановых минералах происходит как спонтанное деление U²³⁸, так и деление ядер U²³⁵ медленными нейтронами, которые, как мы увидим дальше, всегда присутствуют в урановых минералах. Доля этих двух видов деления зависит от возраста минерала, концентрации урана и природы примесей, присутствующих в минерале. Наблюдаемые в земной коре аномалии в распространенности некоторых изотопов теллура, ксенона и самария объясняются И. П. Селиновым спонтанным делением изотопов трансурановых элементов (например, Cf²⁵⁴), последние могли входить в состав вещества, из которого образовалась наша планета, но вследствие сравнительно малых периодов полураспада полностью распались.

Следствием спонтанного деления атомных ядер является возникновение в земной коре постоянного источника нейтронов. Зная, что среднее содержание урана в земной коре толщиной 15 км составляет 4 · 10 ⁴ %, нашли, что в этом слое выделяется около 3 нейтр/сек см². Другим источником нейтронов в земной коре служат ядерные реакции под действием альфа-частиц, возникающих при радиоактивном распаде естественных радиоэлементов. Вычислено, что за счет (α, п) — реакций с ядрами легких элементов — лития, бериллия и других — возникает около 10^—3 нейтр/г· сек.

Одним из важных следствий наличия в земной коре нейтронов является присутствие в урановых минералах долгоживущих изотопов Νρ²³⁷ и Pu²³⁹, которые образуются по реакциям:

Количества их, безусловно, очень малы. Так, например, из концентрата урановой смолки из Республики Конго удалось выделить только 10^—5 мкг чистого Νρ²³⁷.

В минералах земной коры протекают различные ядерные реакции, в основном с нейтронами и альфа-частицами. Однако они еще очень мало изучены. В качестве примера наиболее изученных реакций можно привести следующие: О¹⁸ + Не⁴ = Ne²¹ + ₀n¹ и F¹⁹ + Не⁴ = ₀n¹ + Na^{22 β+}→ Ne²², которые протекают в урановых минералах. Благодаря этим реакциям происходит изменение изотопного состава неона. Так, отношение Ne²¹/Ne²⁰ в неоне, выделенном в одном из таких минералов, равно 1,05, а для неона атмосферы — 0,0028.

Особый интерес представляет изменение изотопного состава гелия, который, как уже указывалось, был почти полностью потерян Землей вместе с другими инертными газами при ее образовании. Долгое время считали, что гелий в природе состоит исключительно из Не⁴, пока в 1936 г. не был обнаружен изотоп Не³. Содержание Не³ в атмосфере незначительно, так что отношение Не³/Не⁴ равно 1,2 · 10 ^_6. Количество Не³ в газовых скважинах в десять раз меньше, а в гелии, выделенном из радиоактивных минералов, практически равно нулю. Однако в некоторых минералах, например сподумене (алюмосиликате лития), количество Не³ в десять раз больше, чем в атмосфере. Накопление его, по-видимому, происходит в результате реакции