геохимия

Методология, предметизадачигеохимии. Геохимияявляетсянеобходимымнаправлениемвциклегеолого-минералогическихнаукитесносвязанасминералогиейипетрографией. Методологиягеохи-миибазируетсянаобщихзаконахдиалектикии, вчастности, наизу-чениизакономерностеймиграциихимическихэлементоввгеологиче-7скихсистемах. Предметомизучениягеохимииявляютсяатомыхими-ческихэлементовЗемлиикосмоса, ихраспределениеимиграциявмагматических, метаморфическихигипергенныхсистемахподвоз-действиемфизико-химическихпроцессов. Научныезадачигеохимии: 1. Изучениеформнахожденияэлементов, ихмиграциииконцен-трациивгеосферахЗемлиикосмоса. 2. Выявлениезаконовизакономерностейраспространенияикон-центрациихимическихэлементоввгеологическихсистемах. 3. Термодинамикаигеохимиямагматических, метаморфическихигипергенныхпроцессов. 4. Разработкаэффективныхгеохимическихметодовпоисковпо-лезныхископаемых, элементов-индикаторовгенезисагорныхпородиместорожденийполезныхископаемых. 5. Региональнаягеохимия. 6. Геохимияизотоповиихприменениевгеологическихисследо-ваниях. Практическиезадачигеохимии: 1. Использованиеметодовгеохимиидляпоисковполезныхиско-паемых. 2. Применениегеохимическойинформацииобэлементахдляин-дикациинекоторыхпроцессов, генезисапородиминералов. 3. Решениеэкологическихпроблем, выявлениетехногенныхгео-химическиханомалий. Историягеохимии, еесостояниеипутиразвития. Допоявле-ниявпечатитермина «геохимия» (Х. Шёнбейн, 1838) еекорниуходятвовременасредневековья. АлхимикииихпоследователивЕвропепыталисьпознатьхимическийсоставприродныхтел (Т. Парацельс, 1541; Г. Агрикола, 1555). АнглийскийврачихимикР. Бойль (1691) интересовалсяхимиейокеанаиатмосферы. В 1676 г. Х. Гюйгенсвы-сказалидеюоединствехимическогосоставакосмоса. Э. Галлею(1742) принадлежитперваяпопыткаопределениявозрастаокеанапонакоплениювнемсолей, приносимыхрекамисповерхностисуши. В1757 г. русскийученыйМ. В. Ломоносовопубликовал «Словоорож-денииметалловоттрясенияЗемли». Онпыталсяхимическимипро-цессамиобъяснитьпроисхождениегорныхпородиминералов, руд-ныхжил, высказалмысльопоследовательностивыделенияминера-лов. УказаниянатеснуюсвязьминералогиисхимиейвстречаютсявработешведскогохимикаЯ. Берцелиуса «Минералогияестьхимияземнойкоры» (цит. поВ. В. Щербина, 1972). 8Дж. ПристлииА. Лавуазьевсередине XVIII в. установилихими-ческийсоставвоздуха, ВконцеэтогостолетияГ. Дэвиисследовалга-зырудничныеивулканов. В 1802 г. В. ГовардомвАнглииив 1804 г. Т. Е. ЛовицемвРоссиибыливыполненыпервыехимическиеанализыметеоритов. ОниобнаружилиихминералогическоеотличиеотгорныхпородЗемли, хотяпохимическимэлементамотличийнеотмечено. ГорныйдеятельитехнологакадемикИ. Ф. Германн (1789) опи-салтехнологиюотдельныххимическихэлементов, основаннуюнаизучениихимическихифизическихсвойствэлементовиихнахожде-ниивприроде. В 1815 г. английскийминерологВ. Филлипссделалпопыткувыяснитьсреднийхимическийсоставземнойкоры, правиль-ноопределилпорядокраспространениядесятиведущих, указалпре-обладание O, Si, Al, Fe, авживыхорганизмах – O, H, C, N. ПольскийхимикиврачА. Снядецкийв 1804 г. высказалмысльозакономерномкруговоротевсеххимическихэлементовземнойкоры. НемецкийученыйК. Бишофв 1847 г. вмонографиипохимическойифизическойгеологиидоказалзначениеводывхимическихпроцессахЗемли, описалисториюмногихэлементовиихкруговорота. Француз-скийгеологЖ. Б. Эли-де-БомонвХ1Хв. связалисториюхимическихэлементовсмагматическимиивулканическимипроцессами; ввелпо-нятиеовулканическихэманациях; развилидеиосвязиэлементовсгеологическимипроцессами; впервыевыяснилконцентрациюэлемен-товвпородах; нарисовалкартинухимическойэволюцииЗемли. В 1838 г. Х. Шёнбейнписал: «Уженескольколеттомуназадяпубличновысказалсвоеубеждение, чтомыдолжныиметьгеохимию, преждечемможетидтиречьонастоящейгеологическойнауке, кото-рая, ясно, должнаобращатьвниманиенахимическуюприродумасс, составляющихнашземнойшар, инаихпроисхождение, покрайнеймере, столькоже, сколькоинаотносительнуюдревностьэтихобразо-ванийивнихпогребенныхостатковдопотопныхрастенийиживот-ных» (цит. поГ. В. Войткевич, В. В. Закруткин, 1976). И. Брейтгаупт (1849) выяснилзакономерностиассоциациимине-раловвместорождениях, назвалихпарагенными. Понятиеопарагене-земинераловихимическихэлементовпрочновошловгеологическуюнаукуигеохимию. Фундаментдлявозникновениягеохимииподготовилиоткрытиядвухвыдающихсяученыхвовторойполовине XIX в.: открытиев1859 г. Р. БунзеномиГ. Кирхгофомспектральногоанализаив 1869 г. Д. И. Менделеевымпериодическогозаконахимическихэлементов. Вэтожевремяутвердиласьатомно-молекулярнаятеориявфизикеи9химии. Спектральныйанализ, которыйивнастоящеевремяявляетсяведущимметодом, резкоувеличилвозможностипознанияхимическо-госоставаЗемлиикосмоса, включаяредкиеирассеянныеэлементы. Периодическийзаконхимическихэлементов, сформулированныйрусскимученымД. И. Менделеевым, отразилестественнуюкласси-фикациюэлементовисталключомкрасшифровкестроенияатома, основойгеохимии. Д. И. Менделеевзанималсятакжеисследованиямиизоморфизма, химиейсиликатныхминералов, вопросамигенезисанефти. ВконцеХ1Хв. Я. Г. Вант-Гоффустановилзакономерностисло-жныхсолевыхравновесийвпериодобразованиясоляныхместорож-дений. В 1873–1876 г. экспедициянасудне «Челленджер» собралапробыморскихгрунтовиводывМировомокеане, чтопозволилооп-ределитьсреднийхимическийсоставгидросферы, установитьпосто-янствосоотношенийглавныхкомпонентовморскойводынавсехгео-графическихширотах. ПерваясводнаятаблицасреднегохимическогосоставаземнойкорыбылаизданаФ. Кларкомв 1889 г. Капитальнаясводкапогеохи-мии «Data of Geochemistry» вышлав 1908 г. Внейсуммированыре-зультатыработвсехисследователейпосоставугорныхпород, почв, вод, приведенбалансосновныхэлементоввкоревыветривания. В1924 г. совместносгеологомГ. Вашингтономонпубликуетпослед-нююуточненнуютаблицусреднихвеличинраспространенияэлемен-товвверхнем 16-километровомслоеЗемли. Этивеличинымалоизме-нилисьииспользуютсявнастоящеевремя. Доэтогогеологиихимикискептическиотносилиськвозможностипримененияпринциповиме-тодовфизикиихимиикминералам. В 1900 г. периодическаясистемаД. И. Менделеевабылазапол-нена, заисключениемнекоторыхредкихэлементов Eu, Lu, Hf, Re. КрупнымвкладомявилосьоткрытиеМозли (1914) корреляциимеждурентгеновскимиспектрамииатомныминомерамиэлементов. КэтомувременивырослановаягеохимическаяшколавНорве-гии, возглавляемаяДж. Х. ФогтомиВ. Брёггером. Онаполучилами-ровуюизвестность, благодаряработамВ. М. Гольдшмидта. Егодок-торскаядиссертация «КонтактныйметаморфизмврайонеХристиа-нии» сталаосновополагающейвгеохимии. Прианализеминеральныхпревращенийвзонеконтактногометаморфизмаониспользовалпра-вилофаз, сформулированноеБ. Розенбумом, ипоказал, чтоэтиизме-ненияможноинтерпретироватьспозицийпринциповхимическихравновесий. Имбылизаложеныосновыэкспериментальнойгеохимии. 10ОткрытиеМ. Лауэв 1912 г., заключающеесявтом, чтоправиль-ноерасположениеатомоввкристаллахприводиткслужениюкри-сталловвкачестведифракционныхрешетокдлярентгеновскихлу-чей, позволялоопределятьатомнуюструктурутвердыхвеществ, т. е. втвердыхфазах. Нарубеже XIX–XX вв. возникаетгеохимическоенаправлениевРоссии. ЕгоразвитиесвязаносименемВ. И. Вернадского (1863–1945). Согласноеготочкезренияпредставлениеогеохимиикакнаукевозниклонафоненовойатомистики, физикиихимиивтеснойсвязисминералогией. РаботыВ. И. Вернадскогоохватываютпрактическивсеразделыгеохимии, освещаютважнуюрольживоговеществавмигра-цииэлементовитермодинамикупроцессов. Сегопредставлениямивобластигеохимиисвязаноначалодифференциациинауки – созданиерадиогеологии, ядернойгеологии, биогеохимии. МногочисленныеработыА. Е. Ферсмана (1883–1945), обобщен-ныевфундаментальномчетырехтомномтруде «Геохимия», посвяще-ныизучениюмиграциихимическихэлементоввзависимостиотстроенияихатомовифизико-химическихсвойств. Онопределилфак-торымиграцииэлементов, далклассификациигеохимическихпроцес-сов, выявилпоследовательностьвыделенияминераловизрастворовирасплавовприпонижениитемпературывзависимостиотвеличиныэнергиикристаллическойрешетки, основалгеохимическиеметодыпоисковполезныхископаемых, подготовилобширныйкругсвоихучеников-геохимиков: В. В. Щербину, А. А. Саукова, К. Власова, Б. А. Гаврусевича, М. Н. Иванишина. ОсновоположникамисовременнойгеохимииявляютсяФ. Кларк, В. М. Гольдшмидт, В. И. ВернадскийиА. Е. Версман. Визучениехи-мическихпроцессовнаЗемлев XX в. большойвкладвнеслирусскиеученыеФ. Ю. Левинсон-Лессинг (авторхимическогонаправлениявпетрографии), А. П. Виноградов (работыпобиогеохимии, редкимирассеяннымэлементам), Д. С. Коржинский (разработкатеориимета-соматоза, изучениефакторовминеральныхравновесий), К. А. Власов(геохимиядесилицированныхпегматитовиредкихрассеянныххими-ческихэлементов), В. И. Лебедев (изоморфизм, геохимиясиликатов), А. А. Сауков (геохимическиепоискиместорождений), В. С. Соболев(энергиярешетки, петрологическаягеохимия, физико-химическаяин-терпретацияизоморфизма), А. Ф. Капустинский (второйпринципкристаллохимии), В. В. Щербина (миграцияэлементовипроцессыминералообразования), Л. В. Пустовалов (осадочныегеохимическиефации), Н. М. Страхов (общаятеориялитогенеза), А. Н. Заварицкий11(петрохимия) А. И. Тугаринов (изотопнаягеохимия, металлогениче-скиепровинции), А. Г. Бетехтин (рудныеместорождениягидротер-мальногогенезиса), В. А. Жариков (термодинамикагехимическихпроцессов), Г. В. Войткевич (радиоактивнаямодельЗемли, трансура-новыехимическиеэлементы), Д. П. МалюгаиВ. А. Алексеенко (ме-тодыпоисковместорожденийразличныхполезныхископаемых). Гео-химиизоныгипергенеза, почвиландшафтовпосвященыработыБ. Б. Полынова, В. А. Ковды, В. Б. Сочавы, А.И. Перельмана, М. А. Глазовской, Н. С. Касимова, В. А. Снытко, Ю. М. Семенова, Г. Б. Паулюкявичуса, В. В. Добровольского, Е. Г. Нечаевой, О.П. Добродеева, С. Л. Шварцева, Н. Ф. Глазовского, Ю. Е. Cаетидр. Иззарубежныхученыхвесомыйвкладвразвитиегеохимиивне-слиН. Боуэн (равновесиямногокомпонентныхсиликатныхсистем), Э. Ингерсон (эксперименты, геологическиетермометры, геохимияра-диоактивныхизотопов), Б. Мейсон (исследованияметеоритов), Р. Гаррелс (термодинамическиерасчетыгеохимическихпроцессов), П. Бартон (геохимиярудообразующихпроцессовнаосновефизико-химическихконстант) идр. Такимобразом, разрозненнаяинформацияпохимическомусо-ставуЗемлипослужилаосновойформированиягеохимии – новогона-учногонаправления.

1ЗОТОПНАЯГЕОХИМИЯЗакономерностиизмененияираспространенияизотоповВгеологическойнаукебольшоезначениеимеетвосстановлениекартиныпрошлойжизнигорныхпород, ихгенезиса, условийвкото-рыхониобразовались, времениформирования. Этивопросыостава-лисьбызагадкойисейчас, нов 1918 г. Ф. Соддипредположилсуще-ствованиеизотопов («тожесамоеместо»), спомощьюкоторыхонирешаются. Изотопы – этоядерныевидыилинуклидысоднимитемжеатомнымномером, носразнымимассами, занимающиеоднуитужеклеткувПериодическойсистеме. Поэтомуатомнаямассахимиче-скогоэлементаопределяетсякаксреднееизсуммымассатомовпри-родныхизотоповивыражаетсяватомныхединицахмассы (а. е. м.). Изотопыбываютстабильные (260) инестабильные (около 1400). Поодномуизотопуимеют 21 элемент (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, Bi, Th). Относительноесодержаниеколичестваприродныхизотоповодногохимическогоэлементавыра-жаетсявпроцентах. Например, еслисодержаниеизотопа8537Rb состав-ляет 72,15 %, тоиз 10 000 атомоврубидиявкаком-либообразценадолюэтогонуклидаприходится 7 215 атомов. Всеизвестныеизотопыделятсяначетыретипавзависимостиотчетногоилинечетногочислапротонов (Р) инейтронов (N) вихсоста-весоответственно: четный-четный, четный-нечетный, нечетный-четный, нечетный-нечетный. Изотопытипачетный-четныйнаиболеераспространенывприродеистабильны. Некоторыеизнихимеютмассовоечислократноечетырем (16О, 24Мg, 28Si, 40Ca, 56Fe) ивходятвсоставглавныххимическихэлементовлитосферы. Поизотопномусоставуэлементовотмеченыследующиезаконо-мерности (Н. А. Титаева, 2000). Убольшинстваэлементовпреоблада-ютизотопысчетныматомнымномеромитолькоусеми, преимуще-ственнолегкихэлементов (H, Li, B, K, V, La, Ta), – снечетныматом-нымномером. Следующиеэлементы – Cl, Cu, Ga, Br, Rb, Ag, Sb, Eu, Ta, Re, Ir, Tl– состоятизизотоповтолькоснечетнымиатомнымино-мерами. НаиболеебогатыизотопамиэлементывсреднейчастиПе-риодическойсистемы: Sn (10 изотопов), Xe (9), Te, Cd (по 8), многиетяжелыеэлементыимеютпо 7 изотопов. Поддействиемкосмическогооблученияватмосферепротекаютреакции: 14N + no→12C + 3H →3He,

3314N + no→14C + 1Н. Ониявляютсяисточником14С, 3Т, 3Не. Втечениегеологическихотрезковвремениатомыразрушаютсяиобразуются, превращаютсявдругиеираспадаются. Всетяжелыеизотопыначинаяспорядковогономера Z > 82 ра-диоактивны. Ядранеустойчивыхатомовраспадаютсясамопроизволь-но, сопровождаясьэмиссиейчастиц (α, β) илиизлучениемэнергии (γ). Этотпроцессназываетсярадиоактивностью. Альфа-лучипредстав-ляютсобойпотокивысокоскоростныхчастиц – ионовгелия, бета-лучи – потокиэлектронов, гамма-лучи – электромагнитныеволнысбольшойэнергией. Некоторыеатомыраспадаютсядвумяилитремяспособами, большинство – одним, чтоприводиткпревращениюатомаодногоэлементаватомдругого, чащестабильного. Массовоечислоэтихизотоповуменьшаетсяначетырепослекаждогоактаα-распада. Типыизотоповприэтомнеизменяются. Количествоприродныхизотопов238U, 235U, 40K, 87Rb вранниестадиисуществованияпланетыбылозначительнобольше. Загеологи-ческоевремяихатомыраспадались, увеличивколичествоизотоповсвинцасатомнымимассами 206, 207 и 208, аргона-40, стронция-87 идр. Некоторыеатомы – продуктраспадатрансурановыхэлементовнептуниевогоряда. Часть40Саобразуетсявследствиеβ-распада40К, частьатомовмолибденаявляетсяконечнымпродуктомделенияато-мовурана, повышениексенона-129, 131 – следствиерадиоактивногораспада. Длянекоторыхизотопов, начинаяс84Ро, характернаприроднаярадиоактивность (нестабильныеизотопы). Радиоактивныесвойстваатомовопределяютсястроениемядер, анеструктуройэлектронныхоболочек. Основнойхарактеристикойрадиоактивныхизотоповявляетсяконстантараспада – периодполураспада(Т1/2). Этовремя, втечениекоторогораспадаетсяполовинаатомовлюбогорадиоактивногоизото-па. Периодполураспадаопределяетсявнутреннимисвойствамира-диоактивныхизотопов. Изотопыодногоэлементаимеютразличныеэнергиихимическойсвязииактивациивхимическихреакциях. Этовлияетнаскоростьхи-мическихреакций, вкоторыхучаствуютмолекулысразнымиизото-памииопределяетразнуюподвижностьизотопно-разныхатомовилимолекул, чтоявляетсяпричинойихразделениявпроцессемиграции. Такоеразделениеназываетсяизотопнымфракционированиеминесетважнуюинформациюогеохимическихпроцессах.

34Правильнаяинтерпретациярезультатовизотопногофракциони-рованиядолжнаучитыватьмногофакторностьэтогопроцесса. Напри-мер, фракционированиеможетбытьрезультатомиспарения, физиче-скойабсорбции, растворения, плавления, кристаллизации, различныххимическихреакций, включаябиогеохимическиеикатализируемыеферменты. Наибольшеефракционированиеприсущедлялегкихэле-ментов, таккакунихзначительнаяразницамеждумассамиизотопов. Например, изотопводородапротий (1Н) идейтерий (2Нили D) разли-чаютсяпомассамвдваразаилина 100 %, тогдакакразницамассизо-топовтяжелыххимическихэлементовнесущественна. Дляурана (238 и 235) онасоставляет 1,28 %.

38ВНУТРЕННИЕФАКТОРЫМИГРАЦИИХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВОсновнойгеохимическийзаконВ. М. Гольдшмидтагласит: кларкиэлементовзависятотстроенияатомногоядра, аихмигра-ция – отнаружныхэлектронов, определяющиххимическиесвой-стваэлементов. Кларк – этосреднеевзвешенноесодержаниехимическогоэле-ментавземнойкоре. Внастоящеевремяустановленыкларкиэлемен-товвводахирастительности. Рассмотрим, какположенияэтогозаконареализуютсявприроде. Каждыйатомпредставляетсобойиндивидуальнуюэлектромагнитнуюсистему. Протоныинейтроныудерживаютсяядернымисиламинарасстоянии 10–13 см, т. е. вграницахсоседнихчастиц. Ноихстремятсяразъединитькулоновскиесилы. Еслиядерныесилыпревышаюткуло-новские, тоядроимеетвысокуюпрочностьприравномколичественейтроновипротонов. Ядерныесилыгенерируютсяприобменену-клоновнатретьючастицуπ-мезон. Врезультатенейтронпреобразует-сявпротонинаоборот. Движениевокругядраэлектроновобеспечиваетсяцентробежнойсилой, котораяуравновешиваетсяэлектростатическимпритяжениемэлектронакядру. Электронимеетсвойствачастицыиволны, поэтомуегопредставляютввиде «размытогооблака», котороеимеетсгущениеиразреживание. Поканеразработаныэкспериментальныеметоды, по-зволяющиеопределитьорбитальныерадиусы. Согласноквантовоймеханикеэлектронможетнаходитсявлюбойточкевокругядраатома, втомчислеиназначительномотнегоотдалении, поэтомуграницыатомоврасплывчаты. Чемближевалентныйэлектронкядруатома, темпрочнееонудерживаетсяватоме. Радиусвнешнейорбиталиато-маилиионаопределяетатомныйилиионныйорбитальныйрадиус, обозначаемыйсоответственнокакrорбиr+nорб. Числоэлектроноввпре-делаходнойподоболочкиследующее: s(2), p(6), d(10), f(14). Элементыснедостроеннойэлектроннойоболочкойпредставленыблизкимиато-мамииионами. Онипоразмерамивприродечастообразуютсовме-стнуюконцентрацию (группажелеза, лантаноидов, платиныит. д.) Раскаленныеатомыкаждогоэлементадаютспектр, характерныйтолькодлянего, покоторомуметодомспектрального (атомно-эмиссионного) анализамыопределяемхимическийсостав.

39Взависимостиотстроенияизаполненностиэлектронныхоболо-чекСпайсвыделилшестьклассовэлементов: 1. Инертныегазыс 8-электроннойоболочкой. 2. Сильноэлектроположительные (катионы) металлы, которыеимеютотодногодотрехэлектроновсверхконфигурацииинертныхгазов. Этощелочныеэлементы I и II группы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr; Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) ибольшаячасть III группы (Al, Sc, Y, La, Ac). 3. Неметаллы (анионы) – унихнедостаетотодногодочетырехэлектроновдоконфигурацииинертныхгазов: F, Cl, Br, I, At; O, S, Se, Te; N, P, As; C, Si. 4. Переходныеметаллыспеременнойвалентностьюиковалент-нойсвязью. Дляхимическихсвязейиспользуютd-электроныпредпо-следнегослоя: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni; Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd; Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Rt. 5. Лантаноидыиактиноиды, атомыкоторыхимеютнезаполнен-ныеd- иf-слои. Лантаноидыобразуюттрехвалентныекатионысэлек-троннойконфигурациейслоя 4 f n. Онидаютустойчивыесолиислабогидролизуютсяврастворах, подобнысолям Sc, Y. 6. Металлы (катионы) побочныхподгрупп. Внихотодногодотрехэлектроновсвыше 18 электроноввпредыдущейоболочке: Cu, Ag, Au; Zn, Cd, Hg; Ga, In, Tl. Внихсвязьобразуютэлектроныd-слоя. Приобразованиисоединенийосновным «мотивом» всехатомовявляетсятенденциякдостижениютакойконфигурации, какуближне-гоинертногогазавэтомряду. ВнешниефакторымиграцииВедущимифакторамиприроднойсредыявляютсятемпература, давление, концентрацияраствора, вгипергеннойзонедополнительновлияеттипклимата. Взависимостиотсоотношенияфакторовизме-няютсяусловияотактивноймиграцииэлементоввжаркомгумидномклиматедоихконцентрацииваридномклимате. Вгипогенныхусло-вияхактивнаямиграциявозможнапривысокомдавленииитемпера-туре, акристаллизация – припониженииэтихпараметров. Такимоб-разом, воздействиевнешнихфакторовследуетрассматриватьсамо-стоятельновдвухсферах: гипергеннойигипогенной. Гипергеннаязонаявляетсяглавнымместомдействиясолнечнойрадиации. Подеевлияниемпрямоиликосвеннопротекаютвсегипер-генныепроцессыисвязаннаяснимимиграцияэлементов. Потребле-ниеэнергиииеерасходизменяютсявзависимостиотприроднойзо-ны. Наежегоднуюпродукциюрастительноймассызатратыэнергииколеблютсяот 2,5 кал/см2вгодвтундредо 2000 кал/см2вгодвовлажнотропическихлесах (длялесовумеренныхширот 100–400 кал/см2вгод). Наразрушениеминераловиосвобождениеэлементов(минеральноепреобразование) затрачивается 0,2–0,5 кал/см2вгодвтундреипустынеи 10–15 кал/см2вгодвовлажныхтропиках. Скоростьгеохимическихпроцессовопределяетсядинамикойтем-пературы. Втеплыйсезонконтрастытемпературколеблютсяот 5–6 °Сдо 40–50 °С. Повышениетемпературыактивизируетпроцессыими-грацию. Втундреиз-занизкихтемператургеохимическиепроцессыимиграциязамедлены, вовлажныхтропическихлесахвысокаятемпе-ратураивлажностьповышаютскоростьпроцессовимиграциюв 9,5 раза. Использованиеэнергиинапроцессывовлажныхтропическихлесахв 30–35 развышепосравнениюстундрой.

58Давлениекакфактормиграцииэлементоввзонегипергенезаимеетменьшеезначение, чемтемпература. Впределахвертикальногопрофиляатмосферноедавлениесоставляет 1 атмиизменяетсянебо-леечем ± 3 %. Такоеколебаниедавленияактивизируетлишьраство-рениегазоввводеикосвенновлияетнагидролизминералов. Различноесоотношениетемпературиувлажненияприводиткформированиюразличныхтиповклимата. Срединихнаиболеекон-трастныеаридныйигумидныйтипы. Варидномклиматепривыпот-номводномрежимесоздаютсяусловиядляактивизациигалогенеза, повышеннойконцентрациирастворов, преждевсего, галогенов, ще-лочныхищелочноземельныхметаллов (Na, K, Rb, Cs, Ca, Mg, Ba, Cl, Br, I идр.). Гумидныйклиматсоздаетпромывнойтипводногорежи-ма, которыйспособствуетвыносувсехлегкорастворимыхиконцен-трациитруднорастворимыхсоединений Fe, Al, Ti, Zr идр. Концен-трациярастворовминимальная. Моряиокеаныотличаютсяповышен-нойконцентрациейрастворов, изкоторыхосаждаютсятяжелыеэле-менты. Гипогеннаязонахарактеризуетсявысокимиисверхвысокимитемпературами, давлениемиконцентрациейхимическихэлементов, чтоприводиткметаморфизацииимагматизациипород, насыщениюводныхгидротермальныхрастворов. ВовнутреннихсферахЗемлими-грацияэлементовограничена. Вмагмеонираспределяютсяболееилименееравномерноидифференцируютсяподдействиемгравитации: болеелегкиеоказываютсявверхнейзоне, атяжелые – внижней. Снижениеведущихпараметровгипогеннойзоныприводитктранс-формациифазывходекристаллизацииипоследовательностиобразо-ванияминеральныхвидовсвключениемизоморфныхформболеередкихэлементов. Входекристаллизацииидругихгипогенныхпро-цессоввблизиповерхностиЗемли, приизлияниимагмыилиизверже-ниивулканов, происходитравномерноеиликонцентрированноерас-пределениеэлементовнаразныхглубинахввидеместорождений. Большинствоосвоенныхместорожденийжелезныхрудпогене-зисуобязаноформированиюподвлияниемгипергенныхпроцессовнастоящегоилигеологическоговремени.

Метеориты – обломкикосмическойматерии. Изотопныйсоставпо C, O, Si, Cl, Fe, Ni, Co, K, Cu, Ga, U такойже, какизотопныйсоставэтихэлементовземногопроисхождения. Различиевизотопахпонеко-торымредкимэлементамиинертнымгазам (He, Ne, Kr, Xe) образует-сяиз-заоблученияметеоритовкосмическимилучами. Посоставуметеоритыбываютметаллические (Fe, Ni), силикат-ные (Si, Al), сульфидные (FeS идр.). Самыераспространенныекамен-ные (аэролиты) метеориты (90 %). Средикаменныхпреобладаютхон-дриты, длясиликатнойчастикоторыххарактерны «хондры» – шарикидиаметромоколоодногомиллиметраизстеклаилинераскриста-лизованногоматериала. «Хондры» невстречаютсявземныхусловиях

22имогутвыполнятьрольиндикатораприизучениигенезисаметеори-тов. Редковстречаютсяуглистыехондритысдобавлениемграфита, органическоговеществаиаминокислот, ещереже – ахондритыбез«хондр», близкиепосоставукземнымизверженнымпородам. Среднийсоставхондритовследующий: O (33,24 %), Fe (27,24), Si (17,19), Mg (14,29), S (1,93), Ni (1,64), Ca (1,27), Al (1,22), Na (0,64), Cr (0,29), Mn (0,25), P (0,11), K (0,08 %) (Б. Мейсон, 1971). Считается, чтохондритовыеметеоритывозниклимеждуМарсомиЮпитеромприраспадеастероидовсрадиусамидо 370 км. ОтносительнаячастотавыпаденияметеоритовразныхклассовпоДж. Вуду (1971) следующая: хондриты (85,7 %), ахондриты (7,1), же-лезные (5,7), железо-каменнные 1,5 %. ПоверхностиЗемлиежегоднодостигает 500 метеоритовразмеромменьше 10 смвдиаметре. НаЗемлеизвестно 150 кратеровотпаденияметеоритов: вСевернойАмерике 52, Европе 36, Азии 20, Австралии 18, Африке 16, ЮжнойАмерике 8. Известенкратеротастероидадиаметром 1,2 кмвштатеАризона (США), образовавшийся 50 тыс. летназад. Кратеровдиаметромболее 10 кмнасчитывается 60, меньше 10 км – 90. Дляглобальнойкатастрофыдостаточнопаденияметеоритадиаметром 1кмсрадиусомразрушения 200–300 км. Припаденииеговокеанвысокиеволнызатопятучасткисушинанизменностях. Вмарте 1989 г. астероиддиаметромоколо 300 мпересекорбитувточке, гдевсеголишь 6 часовназаднаходиласьЗемля. Наземныеслужбызарегис-трировалиеголишьпослеудаленияотпланеты. Поэтомунеобходимонаправлятьусилиянаусовершенствованиесетинаблюденийзанебес-нымителамииразработкуспособовнейтрализациинебесныхтел, появляющихсявзонепритяженияЗемли. Метеоритыпозволяютполучатьданныепоабсолютнойраспро-страненностинелетучихкомпонентовприналичиипредставительныханалитическихданных.

ХИМИЧЕСКИЙСОСТАВЗЕМЛИИЕЕОБОЛОЧЕКСтроениеисоставЗемлиЗемляделитсянанесколькооболочек (слоев), имеющихблизкиеособенностиусловийсуществованияхимическихэлементовихарак-терныхгеохимическихпроцессов: ядро (твердоеижидкое), мантия(нижняяиверхняя), астеносфера, поверхностьМохоровичича (про-межуточныйслой), литосфера (нижняя – базальтовыйслой, границаКонрада, средняя – гранитный, гранитоиды, верхняя – метаморфиче-скаязонаикоравыветривания. ГеохимиясферЗемли, термодинамикаигеохимияядраимантиипредставленавработахН. П. Семененко(1987), О. Л. Кускова, Н. И. Хитарова (1982). Рис. 2. СтроениеЗемлиЯдропредположительнотвердое (G 5100–6371 км) сплотностью12–13 г/см3, верхняя (Е 2900–5000 км) частьего – жидкая. ПереходноеядроFнаглубине 5000–5100 км. Считают, чтосоставядрасоответст-вуетжелезнымметеоритам (Fe 80,78 %, Ni 8,59, Co 0,63 %). Попред-положениюВ. А. Рудника, Э. В. Соботовича, вядресодержаниежеле-заоколо 90,2 %, никеля 9,04 %. Возможно, вжелезо-никелевомядре

27имеетсяпримесьлегкихэлементов (Si, S, Al, O). Существуеттакжемнениеогидридном (соединениеэлементовсводородом) икарбид-ном (металлы + неметаллы+ С, SiC, Fe3C, WC, TiC, CaC2) ядреЗемли. СогласноА. Ф. Капустинскому, вядреЗемливеществосостоитизядератомоввэлектроннойплазме, поэтомуегоназываютзоной «ну-левогохимизма», «центросферой». ПоэкспериментальнымданнымО. Л. Кускова, Н. И. Хитарова (1982), внешнееядроможетбытьжеле-зо-никелевым, внутреннее – состоятьизчистогожелеза. Кремнийяв-ляетсяоднимизнаиболееприемлемыхэлементов-примесейвовнеш-немядре. Внеммогутбытьуглерод, сера, возможно, кислород. Нижняямантия (слойD 1000–2900 км) считаетсясиликатно-сульфидной. Еехимическийсоставсоответствуеткаменнымметеори-там: О – 35 %, Fe –25, Si –18, Mg – 14, S – 2, Ca – 1,4, Al – 1,3, Ni – 1,35, Na – 0,7, Cr – 0,25, Mn – 0,20 %. А. П. Виноградовподвергаетсомнениюсуществованиесульфиднойоболочки, исходяизизотопно-госоставасвинца, подтверждающегоразновозрастностьрудныхобра-зований. Вмантии, поО. Л. КусковуиН. И. Хитарову (1982), согласнопервойгипотезепроцессывосстановленияневозможны, аповторой – происходитвосстановлениесиликатовдожелезокремниево-госостава, формирующеговпоследствиивнешнееядроЗемли. Переходнаязона (слойС 400–1000 км) имеет, возможно, сили-катно-магнезиальныйсостав. Еебольшуюплотностьобъясняютфор-мированиемминераловсболееплотнойупаковкой (стишовит, шпи-нель, периклазидр.). ОсновнымкомпонентомдопускаетсяоливинMg2SiO4.Верхняямантия (слойВот 30 до 400 км) считаетсянеоднород-нойпоэлементарномуиизотопномусоставу. Рядавторовприравни-ваютеесоставкхондритам. Наглубинедо 200 кмрасположенмягкийпластичныйслойспониженнойскоростьюраспространениясейсми-ческихволн, получившийназваниеастеносферы. Онавыраженавскладчатыхобластях (осадочныеотложения) ипрактическиотсутст-вуетнаплатформах. Считается, чтоперемещениевеществавастено-сфере – причинавулканизмаитектоническихподвижек. Вмантиивеществоблизкодометаллическогосостояния. Породыверхнеймантиисоответствуютультрабазитам, имеютразныйсоставипривыходенаповерхностьблизкиекпиролиту (пироксено-оливиноваяпорода). Приплавкепиролитобразуетбазальтовуюмагмуиостаточныйперидотит.

28ГраницаМохоровичичапооднойгипотезеразделяетхимическиразныеслои, подругой – этоповерхностьфазовогоперехода, ноонанеисключаетналичияхимическойграницы. Литосфера (слойАот 0 до 30–70 км) залегаетвышеастеносферыиуповерхностивзонеокисленияназываетсякоройвыветривания. Поизменениюскоростисейсмическихволнлитосферуделятнаверхнюючасть (гранитныйслой) инижнюючастьболеетяжелую (базальтовыйслой). ИхразделяетповерхностьКонрада. ТектоносферавыделенаВ. В. Белоусовым, объединяетлитосфе-ру, астеносферуиверхнююмантию, скоторойсвязанытектоническиеимагматическиепроцессы. Ю. М. Пущаровский (1999) распространя-етпонятиетектоносферынавсюмантию. Сойферт (1990) включаетобластьЗемли, занимаемуюплитамимощностью 400–700 км. Причины, вызвавшиеразделениелитосферыимантии, поканеясны. Считается, чточастьмантии, сформировавшейсяврезультатенизкотемпературнойаккрециикосмическойпыли, претерпелавто-ричноерасплавлениеподвоздействиемтепла, генерируемогорадио-активнымиэлементами. Врезультатеэтоговеществосмалымудель-нымвесомпостепеннопереместилоськвнешнейповерхностиЗемли. Этипородыимеютменееплотнуюупаковкуиобогащены U, Th и40К. ПогеотермическимисследованиямВ. А. Магницкого (1965), наиболеевероятныследующиетемпературыглубинЗемли: 100 км – 1100–1300 °С, 400 км – 1400–1700 °С, 2900 км – 2200–4700 °С. Мантияиядропримерноодинаковыпомощности (~ 3000 км), алитосферуможнопредставитьлишьввидеузкойполоски. Плотностьпородувеличиваетсяотповерхностикядру (табл. 2). Таблица 2 ОсновныесвойстваоболочекЗемли(Г. В. Войткевич, В. В. Закруткин, 1976) ОболочкаИн-дексслояИнтервалглубин, кмИнтервалплотности, г/см3 ДоляотобъемаЗемли, % Масса, 1025гМас-са, % Литосфера (кора) A 0-30 (70) 2,7-3,0 1,55 5 0,8 ВерхняямантияB 30 (70)-400 3,32-3,65 16,67 62 10,4 ПереходнаязонамантииC 400-1000 3,65-4,68 21,31 98 16,4 НижняямантияD 1000-2900 4,68-5,69 14,28 245 41,0 ВерхнеежидкоеядроE 2900-5000 9,40-11,50 15,16 ПереходнаязонаядраF 5000-5100 11,5-12,0 0,18 ЦентральноетвердоеG 5100-6371 12,0-12,5 0,76 188* 31,5*Пообъемупородлидируетмантия, занимаяполовинуобъемаЗемли, апомассе (67,4 %) ещебольшепревосходитядроилитосферу. Мантияпохимическомусоставуближеклитосфере. Содержание O, Si, Mn, P унихпримерноодинаковое. Посравнениюсмантиейлито-сфераобеднена Mg, Cr, аконцентрация Fe лишьнезначительнониже. ОбщийхимическийсоставЗемли (табл. 3) вмассовыхпроцентахкремниево-кислородно-железистый, литосфера – алюминиево-крем-ниево-кислородная, метеориты (табл. 4) – кремниево-железисто-кис-лородные, чтоподтверждаетобщностьихприродысЗемлей. Сравнительноесодержаниехимическихэлементов, поданнымГ. ВашингтонаиА. Е. Ферсмана (см. табл. 3), показываетсходствоколичественногосодержанияэлементов. Существенноеразличиепо-лученодлясеры, кобальта, марганца. Возможно, объемвыборокпоэтимэлементамуавторовбылразным. Крометого, анализывыполня-лисьвразныхлабораториях, чтоповлиялонаточностьопределенияхимическихэлементов. ОбщийхимическийсоставЗемли, мас. % ЭлементПоГ. ВашингтонуПоА. ФерсмануЭлементПоГ. ВашингтонуПоА. ФерсмануFe 39,76 39,90 Na 0,39 0,52 O 27,71 28,55 Cr 0,20 0,26 Si 14,53 14,47 Co 0,23 0,06 Mg 8,69 11,03 P 0,11 0,12 Ni 3,16 2,96 K 0,14 0,15 S 0,64 1,44 Ti 0,02 – Ca 2,52 1,38 Mn 0,07 0,18 Al 1,79 1,22