4. Распространение элементов в земной коре. Кларки. Концентрация и рассеяние

Средний химический состав части литосферы, доступной для исследования, установлен довольно точно. Среднее содержание элемента в земной коре называется кларком этого элемента. Величины кларков литосферы различаются в миллиарды раз (у разных элементов). Кларк элемента К в земной коре – основная геохимическая константа, с которой сравнивается распределение элемента в любой системе.

К 1950-60-м гг. были установлены кларки всех основных элементов. В СССР расчетом кларков много занимался академик Виноградов. Его данные были опубликованы в 1962 г.

Можно говорить о кларках атмосферы, гидросферы, почв.

Содержание элемента в данной пород (или вообще какой-нибудь системе) характеризуется кларком концентрации. Кларк концентрации КК представляет собой отношение содержания элемента в данной породе С к его кларку (содержанию в земной коре) К:

КК = С/К.

Величина, обратная кларку концентрации, называется кларком рассеяния:

КР = К/С.

Поскольку К и С не могут равняться нулю (в силу закона Вернадского-Кларка) КК и КР также всегда отличны от нуля. Наибольшие величины КК характерны для ртути и сурьмы (в области месторождений – сотни тысяч), наименьшие – для железо, магния, калия (не больше 10-100). Зная кларк элемента и максимальное значение КК, можно представить себе те пределы, в которых данный элемент будет встречаться в ландшафте.

Каждая отдельная порода характеризуется своим геохимическим спектром – графиком содержания (кларков) различных элементов. Часто строят графики кларков концентрации элементов в какой-либо скважине с глубиной. Для элемента можно построить диаграмму его кларков концентрации в различных породах (почвах).

Геохимия элементов, в том числе их распространенной в земной коре зависит 1) от строения ядра; 2) от строения электронной оболочки. Ядра всех макроэлементов (см. далее) легкие. Согласно правилу Отто-Гаккена, элементов с четными номерами больше, чем с нечетными, причем среди четных преобладают элементы с номерами, кратными четырем. По распространенности в земной коре выделяют следующие группы элементов:

1. Макроэлементы (породообразующие) – с кларком более 1%: кислород (47%), кремний (29,5%), алюминий (8%), железо (4,7%), кальций (3%), натрий (2,5%), калий (2,5%), магний (1,9%), титан (0,45%). Эти девять элементов составляют около 98% массы земной коры.

2. Микроэлементы

• редкие элементы с кларками 0,01-0,0001 – образуют свои минералы (например, медь);

• редкие рассеянные элементы - не образуют своих минералов (например, теллур);

• ультрамикроэлементы – например, ртуть, золото (кларк 4,710^-8%).

Макроэлементы, определяющие существенные и характерные особенности данного ландшафта, называются типоморфными. К ним относятся Ca, H (в виде иона), Fe, S, Cl и др. Чем больше кларк элемента, тем при сходных химических свойствах выше его содержание в природных водах, а следовательно, и больше вероятность образования насыщенных растворов, осаждения минералов.

Классификация элементов Гольдшмидта:

1. Сидерофильные элементы (сродство к железу) – Fe, Ni, Pt.

2. Халькофильные элементы (сродство к сере) – S, Zn, Pb, Sn, Cd, Ag, Au.

3. Литофильные элементы – Ti, V, Mg, Zr, Sc, Ca.

4. Атмофильные элементы – Н, Ne, Ar, Ge.