Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТТ
им. Н. П. ОГАРЕВА»
Кафедра геоэкологии и ландшафтного планирования
Учебно-методический комплект дисциплины: «Геохимия окружающей среды»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
Специальность 020804 Геоэкология
код ОКСО
Саранск 2007
1 Литосфера
Среднее содержание химического элемента в земной коре или отдельной его части называют кларком (К). Главная особенность распространенности химических элементов на Земле заключается в огромной контрастности кларков. Так из 89 элементов существующих в природе в естественном состоянии 99,48 % приходится на долю О (кларк 47 %), Si (29,5), Al (8,05), Fe (4,65), Са (2,96), Na (2,50), К (2,50), Mg (1,87), Ti (0,45). В то время как остальные 80 элементов занимают менее 1 %. Кларки большинства элементов не превышают 0,01– 0,0001 % [Перельман, Касимов, 1999].
Анализ распределения химических элементов позволил В. И. Вернадскому [1954] придти к выводу о всеобщем рассеянии химических элементов, о том, что “все элементы есть везде”. В любой песчинке или капле могут быть найдены все те же химические элементы, какие наблюдаются на Земле или в космосе. Вопрос связан лишь с улучшением и уточнением методов определения их содержания. Это положение о всеобщем рассеянии химических элементов Н.И. Сафронов предложил именовать законом Кларка-Вернадского.
Кларки элементов тесно связаны со строением атомного ядра. Так в земной коре преобладают ядра с небольшим и четным числом протонов и нейтронов. Особенно велики кларки элементов, атомная масса которых делится на 4 (O, Mg, Si, Ca и др.).
1.1 Геохимические спектры
Для количественной характеристики степени отличия в той или иной конкретной природной системы или ее части от кларка литосферы В. И. Вернадский предложил использовать кларк концентрации(КК), представляющий собой отношение весового содержания данного элемента в природном объекте (Сi) к кларку литосферы (К): КК = Сi/ К.
Рисунок 1 – Геохимические спектры аллювиальных суглинков (а) и образованного на них гумусового горизонта аллювиальных почв (б)
Кларк концентрации позволяет судить о степени концентрации (КК > 1) или рассеяния (КК< 1) химического элемента в исследуемом объекте относительно литосферы. В том случае когда, содержание химического элемента значительно меньше кларка, для получения целых чисел и большей кратности показателя рассчитывается величина обратная кларку концентрации – кларк рассеяния(КР). Данный коэффициент показывает, во сколько раз кларк элемента, больше его содержания в изучаемом природном объекте: КР = К / Сi.
При эколого-геохимических исследованиях часто приходится сравнивать разные системы по распределению в них многих химических элементов. Для этого рекомендуется строить геохимические спектры (рис. 1), на которых показаны кларки концентрации (КК) и кларки рассеяния (КР) изучаемых элементов.
Задание 1. Построение графиков геохимических спектров осадочных пород континентов
1. По данным, приведенным в таблице 1 построить графики геохимических спектров в осадочных породах континентов.
2. Указать сходства и отличия в распределении химических элементов в различных типах осадочных пород.
3. Содержание какого химического элемента характеризуется наибольшей дифференциацией в осадочных породах континентов?
4. Какие химические элементы имеют близкие значения во всех трех типах осадочных пород континентов?
5. Если в выбросах предприятия никеля содержится в 5 раз меньше чем в земной коре, может ли их поступление привести к загрязнению ландшафтов сложенных:
а) глинами и сланцами;
б) песчаником;
в) карбонатными породами?
Таблица 1 - Кларки химических элементов в земной коре по А. П. Виноградову [Перельман, 1989] и осадочных породах континентов [Алексеенко, 2000]
-
Элемент
Содержание химических элементов, мг/кг
Земная кора
Сланцы + глина
Песчаник
Карбонаты
Cd
0,013
0,3
0,05
0,035
S
470
3000
240
1200
Hg
0,083
0,4
0,03
0,04
Mo
1,1
2
0,2
0,4
Ni
58
95
2
20
V
90
130
20
20
Sr
340
450
20
610
Pb
16
20
7
9
Ba
650
800
50
10
Cu
47
57
5
4
Cr
83
100
35
11
Zr
170
200
220
19
Co
18
20
0,3
0,1
Ti
4500
4500
1500
400
Zn
83
80
15
20
Cl
170
160
10
150
K
25000
22800
10700
2700
P
930
770
170
400
F
660
500
270
330
Fe
46500
33300
9800
3800
Mn
1000
670
50
1100
Ca
39600
25300
39100
302300
Задание 2. Построение графиков геохимических спектров ландшафтов Мордовии
1. По данным, приведенным в таблице 2 построить графики геохимических спектров в ландшафтах Мордовии.
2. Сравнить геохимические спектры осадочных пород континентов и ландшафтов Мордовии. Указать сходства и отличия в распределении химических элементов.
3. Какие ландшафты по химическому составу наиболее пригодны для выращивания сельскохозяйственных культур, если для их нормального роста необходимо, чтобы содержание тяжелых металлов не отличалось от кларка литосферы более чем в 1,5 раза?
5. Дефицит каких химических элементов могут испытывать сельскохозяйственные культуры в различных ландшафтах Мордовии?
Таблица 2 - Среднее содержание химических элементов в земной коре по А. П. Виноградову [Перельман, 1989] и ландшафтах Мордовии
|
Химический элемент |
Кларк земной коры по А.П. Виноградову, % |
Среднее содержание в ландшафтах Мордовии, % | ||
|
Вторичные моренные равнины |
Водно-ледниковые равнины |
Эрозионно-денудационные равнины | ||
|
Молибден |
0,00011 |
0,00027 |
0,00038 |
0,00022 |
|
Цирконий |
0,0170 |
0,0365 |
0,0380 |
0,0512 |
|
Свинец |
0,0016 |
0,0033 |
0,0018 |
0,0033 |
|
Хром |
0,0083 |
0,0119 |
0,0066 |
0,0117 |
|
Ванадий |
0,0090 |
0,0126 |
0,0074 |
0,0106 |
|
Титан |
0,4500 |
0,5669 |
0,5026 |
0,6070 |
|
Кобальт |
0,0018 |
0,0020 |
0,00135 |
0,0017 |
|
Никель |
0,0058 |
0,0058 |
0,0031 |
0,0051 |
|
Иттрий |
0,0020 |
0,0018 |
0,0012 |
0,0018 |
|
Галлий |
0,0019 |
0,0016 |
0,0010 |
0,0013 |
|
Барий |
0,0650 |
0,0507 |
0,0319 |
0,0428 |
|
Марганец |
0,1000 |
0,0668 |
0,0558 |
0,0634 |
|
Цинк |
0,0083 |
0,0052 |
0,0036 |
0,0048 |
|
Стронций |
0,0340 |
0,0177 |
0,0126 |
0,0188 |
|
Медь |
0,0047 |
0,0022 |
0,0011 |
0,0017 |
|
Бериллий |
0,00038 |
0,00012 |
0,00008 |
0,000096 |