Лекция № 3 Тема: распределение химических элементов в земной коре

1. Понятие о кларке вещества.

2. Закон Кларка-Вернадского.

3. Распределения химических элементов в земной коре.

1 Понятие о кларке вещества

Периодическая система Д.И. Менделеева включает в себя 109 элементов, но в природе, в том числе в ландшафте, известны лишь 89, т.к. №№ 43, 85, 87 и 93 – 109 получены искусственно в результате ядерных реакций. Содержание одних и тех же химических элементов в разных ландшафтах неодинаково, что во многом обусловлено их миграцией. Однако некоторые общие закономерности распределения элементов миграцией объяснить невозможно. Так, во всех ландшафтах содержание О велико, а Au и Pt мало. Закономерности в распространенности химических элементов могут быть выявлены лишь при анализе среднего химического состава земной коры, который впервые был установлен на рубеже ХХ в. В честь американского химика Ф. Кларка, посвятившего более 40 лет решению данной проблемы, А.Е. Ферсман предложил в 1923 году среднее содержание химического элемента в земной коре или какой-либо ее части называть кларком.

2 Закон Кларка-Вернадского

Главная особенность распространенности элементов установлена – это огромная контрастность кларков. Так, почти половина твердой земной коры состоит из одного элемента – О (кларк 47 %). Иначе говоря, земная кора – это “кислородная сфера”, кислородное вещество. На втором месте стоит Si (29,5), на третьем – Al (8,05). В сумме они составляют 84,55%. Если к этому числу добавить Fe (4,65), Са (2,96), Na (2,50), К (2,50), Mg (1,87), Ti (0,45), то получим 99,48 %, т.е. практически почти всю земную кору. Остальные 80 элементов занимают менее 1 %. Кларки большинства элементов не превышают 0,01 – 0,0001 %. Это редкие (U, Sn, Mo и др.) и редкие рассеянные (Br, In, Ra, J, Hf, Re, Sc и др.) элементы. Например, у U и Br кларки почти одинаковы (2,5.10^-4 и 2,1.10^-4 %), но U просто редкий элемент, так как известно много урановых минералов, разнообразные его месторождения, а Br – редкий рассеянный, так как он почти не концентрируется в земной коре и известен лишь один собственный минерал этого элемента. В геохимии употребляется также термин “микроэлементы”, под которыми понимаются элементы, содержащиеся в данной системе в малых количествах (порядка 0,01 % и менее). Так, Al — микроэлемент в организмах и макроэлемент в силикатных породах.

В начале ХХ столетия В.И. Вернадский пришел к выводу о всеобщем рас­сеянии химических элементов, о том, что “все элементы есть везде”. В 1909 г. на ХII съезде русских естествоиспытателей и врачей он говорил: “В каждой капле и пылинке вещества на земной поверхности, по мере увеличения тонкости наших исследований, мы открываем все новые и новые элементы. Получается впечатление микрокосмического характера их рассеяния. В песчинке или капле, как в микрокосмосе, отражается общий состав космоса. В ней могут быть найдены все те же элементы, какие наблюдаются на земном шаре, в небесных пространствах. Вопрос связан лишь с улучшением и уточнением методов исследования. При их улучшении мы находим Na, Li, Sr там, где их раньше не видели; при их уточнении мы открываем их в меньших пробах, чем делали раньше. История Ni, V, Au, U, He, иттроцеровой группы и т.д. приводит нас к одинаковым выводам. Они находятся всюду и могут быть всюду констатированы; они собраны в состоянии величайшего рассеяния...”. Итак, все элементы есть везде, речь может идти только о недостаточной чувствительности анализа, не позволяющего определить содержание того или иного элемента в изучаемой системе. Это положение о всеобщем рассеянии химических элементов Н.И. Сафронов предложил именовать законом Кларка-Вернадского.