Раздел 1. Поисковая гидрогеохимия Глава 2.Закон кларка-вернадского. Закономерности распределения химических элементов в оболочках земли
Закон Кларка-Вернадского. Каждая планета с момента зарождения получила в свое распоряжение примерно одинаковый набор химических элементов. Под действием космогенных, эндогенных, экзогенных и других процессов происходит перераспределение химического вещества, поэтому каждая планета несмотря на общность первичной материальной основы обладает своеобразными химическими особенностями. Они фиксируются прежде всего в определенном элементном и минеральном составе оболочек планет – в их твердой, жидкой и газовой составляющих. Такое явление оказалось характерным и для Земли. Американский ученый Р. Кларк и российский – В.И. Вернадский независимо друг от друга рассчитали среднее содержание химических элементов в верхней части земной коры до глубины 16 км. Академик А.Е. Ферсман предложил эти значения называть кларками в честь одного из первооткрывателей главного геохимического закона Земли, а сам закон получил название по фамилиям его основоположников Кларка-Вернадского. Основные его принципы отражены в следующих положениях:
На атомарном уровне химические элементы распространены повсеместно. Современные методы химического анализа пока не позволяют подтвердить этот факт. Их чувствительности пока не хватает для определения присутствия многих химических элементов.
В природе происходят никогда не прерывающиеся процессы рассеяния и концентрирования вещества. Первый из них ведет к образованию ореолов и потоков рассеяния, в результате которых происходит разрушение месторождений полезных ископаемых, уменьшение содержания химических элементов по сравнению с первоначальным. Второй процесс ведет к локализации вещества, его аккумуляции и, как следствие, образованию месторождений полезных ископаемых.
Перераспределение химических элементов, которое происходило непрерывно на протяжении всей истории нашей планеты, привело к тому, что каждая оболочка Земли (литосфера, атмосфера, биосфера, гидросфера) характеризуется свойственным только ей средним содержанием этих элементов и соответствующими значениями их кларков.
Одной из целей геохимических исследований является выявление геохимических аномалий. Они могут быть положительными, если обнаруженная в изучаемом районе концентрация вещества превышает его кларк, или отрицательными, если обнаруженная концентрация вещества меньше его кларка. В первом случае можно говорить об аккумуляции (накоплении) вещества, во втором – о его разубоживании (рассеянии). Для проведения таких сравнений используется показатель, который называется кларком концентрации (КК):
, где:
Сi- обнаруженная концентрация вещества в пробе;
Ск - кларковая концентрация.
Для разбраковки ореолов и потоков рассеяния используют обычно другой показатель-коэффициент концентрации (Кк). Запись формулы такова:
,
где Сф– фоновая концентрация
элемента.
Для расчета фоновой концентрации элемента проводится статистическая обработка материалов исследований. По изучаемому объекту (участку, минерализованной зоне) должно быть получено не менее 25-30 проб. Эти данные наносятся на график логнормальной зависимости (рис.1), с помощью которого и определяются фоновые концентрации элемента.
По аналогии с формой записи химического анализа воды, принятой в гидрогеологии и предложенной М.Г. Курловым, в геохимии разработана своя форма записи степени контрастности и состава ореолов рассеяния. Она предложена Е.М. Квятковским и выглядит следующим образом: в начале пишется аббревиатура коэффициента контрастности (Кк). Далее пишется цифра, характеризующая его величину для изучаемого объекта. Затем записывается дробь: числитель – индексы компонентов, составляющие 25 и более процентов от величины Кк. В знаменателе – индексы компонентов, составляющие 25-5 % от величины Кк.. А за дробью фиксируются компоненты, которые в сумме Кк имеют менее 5 %, но обладают собственным Кк более 1. Приведем пример такой записи:
Из приведенной выше записи видно, что контрастность ореола весьма высока (50), а его состав преимущественно свинцово-цинковый. Важную роль в его составе играют также олово и медь и отмечается присутствие молибдена и мышьяка.
Распределение химических элементов в оболочках Земли.Переходим к геохимической характеристике главных оболочек Земли.
Литосфера.Элементный состав земной коры приведен во многих научных работах и справочных руководствах. Его количественные оценки, опубликованные в разных источниках, мало отличаются друг от друга. Наблюдаемые различия в значениях кларков элементов связаны с разной расчетной глубиной литосферы или разной формой выражения химического анализа (весовой, атомной или объемных %). Необходимые сведения о распределении химических элементов в верхней части земной коры приведены в таблице 1.
Таблица1