10. Кларки земной коры.

Кларки земной коры.

Количественную распространенность хим-х эл-в в ЗК впервые установил Ф. У. Кларк. В ЗК он включал также гидросферу и атмосферу. Поскольку масса гидросферы составляет лишь несколько %, а атмосферы — сотые доли % от массы твердой ЗК, поэтому числа Кларка в основном отражают состав ЗК.

Кларки ЗК. Кларки самых распространенных магматических, метаморфических и осадочных пород установлены достаточно точно.

Сложнее вопрос о среднем составе ЗК, так как неизвестно соотношение м/у различными группами ГП, особенно под океанами. А. П. Виноградов, предположив, что ЗК на 2/3 состоит из кислых пород и на 1/3 — из основных, вычислил ее средний состав, А. А. Беус установил кларки, исходя из соотношения мощностей гранитного и базальтового слоев 1:2.

Данные Виноградова свидетельствуют, что почти половина твердой ЗК состоит из - О (кларк-47). На втором месте стоит Si (кларк 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 вся ЗК. Остальные 80 эл-в занимают менее 1 %. Кларки большинства эл-в не превышают 0,01— 0,0001 %. Такие эл-ты наз-ся редкими. Если они обладают слабой способностью к концентрации, то именуются редкими рассея нными (Br, In, rа, I, Hf, Ке, Sc и др.). Например, у U и Br кларки почти одинаковы (2 5 10^-1 и 2,1 10^-1 %), но U просто редкий эл-т, так как известны его мест-я, а Br — редкий рассеянный, так как он почти не концентрируется в ЗК и известен лишь один собственный минерал этого эл-та. В геохимии употребляется также термин «микроэлементы», под кот. понимаются эл-ты, содержащиеся в данной системе в малых количествах (порядка 0,01 % и менее). Так, А1 — микроэлемент в организмах и макроэлемент в силикатных породах.

Итак, содержание элементов в ЗК колеблется в миллиарды миллиардов раз (n*10 — n*10^-16), причем представления, почерпнутые из повседневного опыта, не всегда совпадают с данными геохимии. Например, Zn и Сu широко распространены в быту и технике, а Zr и Ti для нас «редкие элементы». Вместе с тем Zr в земной коре почти в четыре раза больше, чем Cu, Ti — даже в 95 раз. «Редкость» Zr и Ti объясняется трудностью извлечения их из руд, которая была преодолена только в середине ХХ в., когда эти металлы стали широко использоваться в промышленности.

Хорошо известно, что хим. Эл-ы вступают во взаимодействие друг с др. не пропорционально их массам, а в соответствии с количеством их атомов. Поэтому и кларки важно рассчитывать не только в массовых %, но и в % от числа атомов, т. е. с учетом атомных масс (П. Н. Чирвинский, А. Е. Ферсман). При этом кларки тяжелых элементов (например, U, Au) уменьшаются, а легких — увеличиваются.

Расчет на число атомов дает более контрастную картину распространенности химических элементов: выявляется еще большее преобладание О₂ и редкость тяжелых эл-в в ЗК.

Когда был установлен средний состав ЗК, возник вопрос о причине столь неравномерного распространения эл-в. Его стали связывать с особенностями строения атомов.

А. Е. Ферсман построил график зависимости атомных кларков для четных и нечетных (по порядковому номеру) эл-в период. системы. Выявилось, что с усложнением строения атомного ядра, утяжелением его, кларки уменьшаются. Однако кривые оказались не монотонными, а ломаными. Ферсман прочертил гипотетическую среднюю линию, кот. плавно понижалась по мере возрастания порядкового номера. Эл-ты, расположенные выше линии, образующие пики, ученый назвал избыточными (О, Si, Fe и др.), а расположенные ниже — дефицитными (инертные газы и др.). Следовательно, в ЗК преобладают легкие атомы, занимающие начальные клетки периодической системы, ядра кот. содержат небольшое число протонов и нейтронов. Действительно, после Fe (№ 26) нет ни одного распространенного элемента.

Итак, в земной коре преобладают ядра с небольшим и четным числом протонов и нейтронов.

Осн-е законы распространенности эл-в в ЗК, очевидно, заложились еще в первые этапы развития Земли как планеты, так как в самых древних архейских породах, как и в самых молодых, преобладают О, Si, Al, Fe. Все же кларки некоторых эл-в изменились. Так, например, в результате радиоактивного распада стало меньше U и Th и больше Pb — конечного продукта их распада («радиогенный» Pb составляет часть атомов Pb ЗК). Известную роль в изменении кларков некоторых эл-в играла диссипация легких газов, выпадение метеоритов и др. причины.

Геох-я классификация эл-в В.И. Вернадского. Родственные по периодической системе эл-ы ведут себя в ЗК далеко неодинаково. Так, К и Na, Fe и Ni, Cl и I, Cr и Мо — аналоги в химии, но в ЗК мигрируют по-разному. Это связано с тем, что для геохимии часто осн. значение имеют такие св-ва эл-в, кот. с общехимических позиций второстепенны и не учитываются в классификации. След-но, необходима особая геох-я классификация эл-в. В классификации В. И. Вернадского учтены самые важные моменты истории эл-в в ЗК. Вернадский выделил 6 групп эл-в. Наиболее крупная из них: «циклические эл-ты», участвующие в сложных круговоротах. По массе они преобладают в ЗК, из них в основном состоят ГП, воды, организмы.

Б. А. Гаврусевич дополнил эту классификацию еще двумя группами: эл-ми, по-видимому, вымершими в ЗК, но известными в космосе, — Тс, Am, Cm, Bk и Cf, и эл-ми, неизвестными в природе, но полученными искусственно — Pm, Es, Md, No, Ku и др.