11. Химический состав земной коры. Кларк и Кларк концентрации, коэффициент водной миграции элементов.

Химический состав земной коры был определен по результатам анализа много­численных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин.

В настоящее время земная кора изучена на глубину до 15—20 км. Она состоит из химических элементов, которые входят в состав горных пород.

Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элемен­тов, из них 8 составляют 97,2—98,8 % ее массы, 2 (кислород и кремний) —75 % массы Земли.

Первые 13 элементов (за исключением титана), наиболее час­то встречающиеся в земной коре, входят в состав органического вещества растений, участвуют во всех жизненно необходимых процессах и играют важную роль в плодородии почв. Большое количество элементов, участвующих в химических реакциях в нед­рах Земли, приводит к образованию самых разнообразных со­единений. Химические элементы, которых больше всего в лито­сфере, входят в состав многих минералов (из них в основном со­стоят разные породы).

Отдельные химические элементы распределяются в геосферах следующим образом: кислород и водород заполняют гидросферу; кислород, водород и углерод составляют основу биосферы; кисло­род, водород, кремний и алюминий являются основными компо­нентами глин и песчаных пород или продуктов выветривания (они в основном составляют верхнюю часть коры Земли).

Химические элементы в природе находятся в самых различных соединениях, называемых минералами. Это однородные химичес­кие вещества земной коры, которые образовались вследствие сложных физико-химических или биохимических процессов, например каменная соль (NaCl), гипс (CaS04*2H20), ортоклаз (K2Al2Si6016).

В природе химические элементы принимают неодинаковое участие в образовании разных минералов. Например, кремний (Si) входит в состав более 600 минералов, а также очень распро­странен в форме окисей. Сера образует до 600 соединений, каль­ций—300, магний —200, марганец—150, бор — 80, калий — до 75, соединений лития известно только 10, а йода — еще меньше.

Среди наиболее известных минералов в земной коре преобладает большая группа полевых шпатов с тремя основными элементами — К, Na и Са. В почвообразующих породах и продук­тах их выветривания полевые шпаты занимают основное положе­ние. Полевые шпаты постепенно выветриваются (распадаются) и обогащают почву на К, Na, Са, Mg, Fe и другие зольные вещест­ва, а также микроэлементы.

Кларки (весовые) химических элементов – средние содержания химических элементов в земной коре в массовых процентах. Различают также атомные (в процентах числа атомов) и объемные кларки (в процентах объема электростатических полей атомов).

Кларки элементов в литосфере. Содержание химических элементов в земной коре очень неодинаково. Это видно из того, что содержание самого распространенного элемента кислорода в 1,5^.10¹⁵ раз больше содержания полония – одного из наименее распространенных элементов. Наиболее распространенными являются элементы с небольшими порядковыми номерами (соответственно с малыми атомными весами). Первые 26 элементов составляют 99,74% всей земной коры. Почти половина земной коры состоит из одного элемента – кислорода. На втором месте стоит кремний (кларк 29,5), на третьем алюминий (8,05). Кларк железа – 4,65, кальция – 2,96, калия – 2,50, натрия – 2,50, магния – 1,87. В геохимии часто употребляется термин «микроэлементы», под которыми подразумеваются элементы, содержащихся в малых количествах. К ним, например, можно отнести очень легкие элементы (литий, бериллий, бор, углерод), радиоактивные элементы (уран, радий, торий и др.), платиноиды, редкоземельные элементы. Элементы с четными порядковыми номерами в земной коре более распространены чем с нечетными (т..н. правило Оддо_Гаркинса). Кларки элементов в литосфере приведены далее в приложении 3.

Содержания элементов в гидросфере. В целом в гидросфере наблюдаются иные, чем в литосфере количественные соотношения элементов. Следует отметить очень низкие содержания в гидросфере таких характерных для литосферы элементов, как Fe (0.000001%), Al (0.000001%), кремний (0.0003%), что связано с крайне низкой растворимостью их соединений в условиях гидросферы.

Кларки концентрации химических элементов – отношения содержаний химических элементов в исследуемых объектах к кларку.

Субкларки. По Г.В.Войткевичу и др. (1983) – это средние содержания химических элементов в различных группах осадочных и магматических пород в весовых процентах.

Коэффициент водной миграции химических элементов – отношение содержаний химических элементов в растворе к их содержанию в водовмещающей породе или к кларку:

= m_x ^.100/а n_x

где m_x – содержание элемента X в воде в г/л, а – минерализация воды в г/л, n_x – процентное содержания элемента Х в водовмещающих породах или в литосфере (кларк).

Использование коэффициента позволяет сравнивать интенсивность миграции и концентрации распространенных и редких элементов.