Кларк концентрации и кларк рассеяния. Коэффициент биофильности

Химические элементы непрерывно мигрируют в природных средах. Следствием этой миграции нередко является возникновение участков и объектов повышенных либо пониженных содержаний тех или иных элементов по сравнению с их кларками. Чтобы оценить неоднородность такого распределения, в 1937 году В.И. Вернадский предложил использовать специальный показатель – кларк концентрации (К_к), который показывает, как отличается содержание химического элемента в изучаемом природном объекте от его кларка.

Кларк концентрации рассчитывают по формуле:

Кк	=	Ci	(1)
		К

где C_i – содержание химического элемента в исследуемой геохимической системе (горной породе, почве) или ее таксономической части (типе горной породы, руде, минерале, типе почвы); К – кларк этого же элемента в земной коре.

Величина кларка концентрации всегда больше единицы (К_к > 1), что указывает на накопление (концентрирование) химического элемента в исследуемом природном объекте по сравнению с земной корой. При К_к = 1 содержание элемента в природном объекте и земной коре сходно.

Если C_i значительно меньше К, то при математическом расчете обнаруживают, что К_к < 1. Тогда для получения целых чисел и большей контрастности показателя целесообразно воспользоваться понятием «кларк рассеяния» (К_р), а не «кларк концентрации», так как химический элемент в изучаемом объекте рассеивается, а не накапливается. Кларк рассеяния – это величина обратная кларку концентрации, представляющая собой отношение кларка элемента в земной коре к его содержанию в исследуемом природном объекте. Она показывает, во сколько раз кларк химического элемента в литосфере (К) больше его содержания в данном объекте (C_i):

Кр	=	К	(2)
		Ci

Расчет коэффициентов концентрации и коэффициентов рассеяния позволяет выделять геохимические ассоциации накапливающихся и рассеивающихся химических элементов. В ассоциациях накапливающиеся элементы принято располагать в порядке уменьшения их значений К_к, тогда как рассеивающиеся элементы располагают в порядке увеличения их значений К_р. Например, в почвах Правобережья Самарской области ассоциация накапливающихся химических элементов представлена следующим рядом:

Cu _(5,95)² – Pb _(1,94) – Zn _(1,68) – Co _(1,49) – Ti _(1,32) – Cr _(1,23) – Ni _(1,19)

К числу рассеивающихся элементов относятся Sr и Fe:

Fe _(1,70)³ – Sr _(2,22)

Содержание Mn _(1,02)⁴ близко к кларку литосферы.

Таким образом, кларки концентрации и кларки рассеяния являются показателями, характеризующими относительную распространенность химических элементов в природе и позволяющими судить о концентрации или рассеянии элементов в исследуемой системе (объекте) относительно земной коры.

Частным случаем кларка концентрации, рассчитываемого для живых организмов, является коэффициент биофильности, или биофильность химического элемента (Б). Термин «биофильность» предложен в 1975 году А.И. Перельманом. Коэффициент биофильности показывает, насколько содержание того или иного химического элемента в живых организмах отличается от его содержания в земной коре, и рассчитывается по формуле:

Б	=	Ж	(3)
		К

где Ж – содержание химического элемента в живой (сырой) массе организма или группы организмов; К – кларк элемента в земной коре.

Наиболее биофильны С (Б = 7800), N (160) и Н (70). Биофильность остальных химических элементов чуть больше единицы [O (1,5), Cl (1,1), S (1,0)] либо меньше ее (все остальные элементы). Наименее биофильны Fe (0,002) и Al (0,0006).