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 + Na22 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
Значительное изменение химического состава Земли и других тел Солнечной системы, а также туманностей происходит за счет ядерных реакций с космическими лучами. В связи с тем, что эти реакции протекают в течение очень длительного времени, их эффект становится заметным. Легче всего его можно заметить в метеоритах — самых маленьких телах Солнечной системы.
Багодаря интенсивному облучению космическими протонами высокой энергии в метеоритах накапливаются значительные количества Не3. Рассчитано, что при облучении железных метеоритов космическими лучами образуется 5 · 10—14 сm3 Не3 на 1 г метеорита в год. Поэтому гелий в метеоритах характеризуется очень высоким содержанием изотопа Не3; средняя величина отношения Не3/Не4 для железных метеоритов равна 0,32. В метеоритах образуются также значительные количества трития. Изменение его содержания в трех железных метеоритах в момент их падения на Землю дало величины от 1,2 · 104 до 3 · 106 атοм/г.