Лекція № 7 Закони розподілу хімічних елементів в різних геохімічних системах План

1. Хімічний склад земної кори (літосфери).

2. Хімічний склад гідросфери (світового океану).

3. Хімічний склад атмосфери.

4. Хімічний склад біосфери.

5. Хімічний склад космічних об’єктів.

1. Земля складається із чотирьох шарів, що значно відрізняються один від одного за своїми властивостями: кори, мантії, зовнішнього ядра і внутрішнього ядра.

Зовнішній шар Землі або кора має, в середньому, товщину 17 км, але в різних місцях товщина змінюється від 4 до 70 км. Маса кори становить лише 0,4 % маси Землі. Під корою розташована мантія. Вона знаходиться в твердому стані і простягається на глибину приблизно 3000 км. Маса мантії становить 68,2% маси всієї Землі. Людина ще не проникла в мантію Землі, але вважається, що вона складається в основному їз чотирьох елементів – Магнію, Феруму, Силіцію і Оксигену.

Самі глибинні шари Землі називаються зовнішнім ядром і внутрішнім ядром. Встановлено, що зовнішнє ядро знаходиться в рідкому стані, а більш щільне внутрішнє – в твердому. Воно на 80% складаються із Феруму.

В таблиці І наведені найбільш розповсюджені в земній корі елементи.

Таблиця І. Розповсюдження хімічних елементів у земній корі

№ п/п	елемент	вміст атомів, %
1.	Оксиген	58,0
2.	Силіцій	19,6
3.	Алюміній	6,4
4.	Гідроген	3,0
5.	Натрій	2,3
6.	Ферум	1,8
7.	Кальцій	1,8
8.	Магній	1,6
9.	Калій	1,3
10.	Титан	0,27
11.	Фосфор	0,06
12.	Флуор	0,04
13.	Манган	0,037
14.	Сульфур	0,030
15.	Карбон	0,0005

З таблиці І видно, що більше половини атомів земної кори складають атоми Оксигену. Підраховано, що 10 найпоширеніших елементів (O, Si, Al, H, Na, Fe, Ca, Mg, K, Ті) становлять понад 96% від загального числа атомів. Більшість елементів у земній корі зустрічаються у вигляді сполук з іншими елементами.

Всі речовини, що зустрічаються в земній корі, називають мінералами. Скупчення різних мінералів – це гірські породи. Розповсюдженність хімічних елементів в Землі і Всесвіті вкрай нерівномірна.

2. Товща солоної води, що вкриває більшу частину Землі, є єдине ціле і має постійний хімічний склад. Це – світовий океан. Він покриває 72 % земної поверхні і має об’єм біля 1,35 мільярдів кубічних кілометрів. Майже вся вода на Землі (97 %) знаходиться в світовому океані.

З тих пір, коли люди почали вивчати склад океанічної води (понад 100 років), він залишається постійним. Постійність складу води у світовому океані свідчить про рівновагу між процесами надходження води і її видалення через випаровування. В океани постійно вливається річкова вода, яка має зовсім інший хімічний склад, ніж океанська. Так, річкова вода містить елементи, що вимиваються із земної поверхні і гірських порід: Кальцій, Магній, Алюміній, Ферум, Силіцій. В океанській воді ці елементи поступово включаються в біологічні цикли або видаляються з неї в результаті осадження. Тому середній вміст багатьох елементів в океанській воді встановлюється в результаті рівноваги між швидкістю процесів надходження цих елементів у світовий океан і їх видалення із нього. Цим і пояснюється майже постійний склад океанської води (таблиця ІІ).

Таблиця ІІ. Розповсюдження хімічних елементів у гідросфері Землі

№ п/п	компонент	вміст атомів, %
1.	Гідроген	66.22
2.	Оксиген	33,11
3.	Хлор	0,33
4.	Натрій	0,28
5.	Магній	0,03
6.	Сульфур	0,017
7.	Кальцій	0,006
8.	Калій	0,006
9.	Бром	0,0005
10.	Бор	0,00025

3.Атмосфера є надзвичайно складною системою. Її постійно пронизують космічні промені та випромінювання Сонця з частками високої енергії. Ці потоки енергії помітно впливають на хімічний склад атмосфери. Окрім того, під впливом земного тяжіння більш важкі атоми і молекули опускаються в нижню частину атмосфери, а у верхній частині залишаються більш легкі. Таким чином, склад атмосфери виявляється нерівномірним. Однак буде цікаво знати склад атмосфери, що знаходиться біля земної поверхні, де живуть більшість живих організмів (таблиця ІІІ).

Таблиця ІІІ. Розповсюдження хімічних речовин в атмосфері Землі на рівні моря [7].

№ п/п	компонент	об’ємний вміст, %
1.	азот N2	78,08
2.	кисень О2	20,95
3.	аргон Ar	0,93
4.	вуглекислий газ СO2	0,033
5.	неон Ne	0,0018
6.	гелій He	0,0005
7.	метан СН4	0,0002
8.	криптон Кr	0,0001
9.	Н2, Хе, N2O	сліди

З таблиці ІІІ видно, що атмосфера більш ніж на 99% складається лише з двох елементів - Нітрогену і Оксигену. Решта вмісту атмосфери, в основному, припадає на одноатомні благородні гази.

4.Середній вміст хімічних елементів у організмі людини показано в таблиці ІV.

Таблиця ІV. Розповсюдження хімічних елементів в людському організмі [5].

№ п/п	елемент	вміст атомів, %
1.	Гідроген	62,7
2.	Оксиген	25,7
3.	Карбон	9,4
4.	Нітроген	1,3
5.	Кальцій	0,25
6.	Фосфор	0,19
7.	Сульфур	0,05
8.	Натрій	0,04
9.	Калій	0,03
10.	Хлор	0,025

Оскільки життя зародилося в морській воді, то до складу людського організму входить значна частина води (70 %), і в ньому відмічається високий вміст Гідрогену і Оксигену. З таблиці ІV видно, що організм людини більш ніж на 99 % складається всього з чотирьох легких елементів: Гідрогену, Оксигену, Карбону і Нітрогену.

5. Всесвіт або космічний простір складається, в основному, з двох елементів: Гідрогену (< 90 %) і Гелію (< 10 %). Вміст Оксигену, Нітрогену, Карбону і Неону – біля 0,2 %; Феруму, Силіцію і Магнію – 0,01 %. На Сонці виявлено 60 елементів, зорях – 20, кометах – 10. Сонце складається приблизно на 75% із Гідрогену і 25 % Гелію. Менше 1 % припадає на Нітроген, Карбон, Оксиген та ін.

Місяць. До складу грунту, що був взятий на поверхні Місяця, в основному, входять такі оксиди: SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃, FeO, МnO, MgO, CaO. Знайдені також сліди оксидів Na₂O і K₂O. Звісно, що склад ґрунту змінюється в

залежності від місця відбору проб. Як видно із результатів аналізу, до складу місячного ґрунту входять ті самі елементи, що і до складу земної кори.

Атмосфера планет. Дослідження планет сонячної системи дозволило встановити орієнтовний склад їхньої атмосфери. Ці дані представлені в таблиці V.

Таблиці V. Склад атмосфери планет сонячної системи

№ п/п	Планета	Середня денна температура, to C	Тиск, атм	Склад атмосфери, % о’ємні
1.	Меркурій	400	10–14	Н2, Не
2.	Венера	450	93	96% СО2, 3,5 % N2, cліди О2, СО, SО2, Н2O,благородних газів
3.	Земля	20	1	78% N2, 21%О2, 1% Ar
4.	Місяць	90	10 –14	Н2, Не
5.	Марс	– 25	0,006	95,3%СО2, 2,7 % N2, 1,6% Ar, сліди Н2O
6.	Юпітер	~ – 145	~10 000	90% Н2, 10% Не, сліди СН4, Н2O, NH3
7.	Сатурн	~ – 170	~10 00	>94% Н2, <6 % Не, сліди СН4, Н2O, Н2, NH3, C2Н6
8.	Уран	~ – 210	~ 2 - 3	Н2, Не, СН4
9.	Нептун	~ – 215	~ 5 - 10	Н2, Не, СН4
10.	Плутон	~ – 220 – 230	~ 0,001	СН4 і ймовірно Nе

Дані таблиці V показують, що на планетах сонячної системи ні температурний режим, ні атмосферний тиск, ні склад атмосфери не схожі із земними. Тому на за даних умов життя на планетах подібне до земного практично неможливе.

Наведені дані свідчать, що хімічний склад космічних об’єктів, а отже і Всесвіту, складаються з тих самих хімічних елементів, що і планета Земля.