Химических элементов в земной коре

Относительное содержание

КАК ФАКТОР БИОСФЕРЫ

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМНОЙ КОРЫ

ОБЩАЯ ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БИОСФЕРЫ

Часть I

Глава 1

Три наружные оболочки Земли, различающиеся фазовым состоянием, — твердая земная кора, жидкая гидросфера и газовая атмосфера — тесно связаны между собой, а вещество каждой из них проникает в пределы других. Подземные воды пронизывают верхнюю часть земной коры, значительный объем газов находится не в атмосфере, а растворен в гидросфере и заполняет пустоты в почве и горных породах. В свою очередь, вода и мелкие твердые минеральные частицы насыщают нижние слои атмосферы.

Наружные оболочки связаны не только пространственно, но и генетически. Происхождение оболочек, формирование их состава и его дальнейшая эволюция взаимосвязаны. В настоящее время эта связь в значительной мере обусловлена тем, что наружная часть планеты охвачена геохимической деятельностью живого вещества.

Массы оболочек сильно различаются. Масса земной коры оценивается в 28,46×10¹⁸ т, Мирового океана — 1,47×10¹⁸ т, атмосферы — 0,005×10¹⁸ т. Следовательно, в земной коре находится основной резерв химических элементов, которые вовлекаются в миграционные процессы под воздействием живого вещества. Концентрации и распределение химических элементов в земной коре оказывают сильное влияние на состав живых организмов суши и всего живого вещества Земли.

Рассматривая проблему состава живого вещества, В. И. Вернадский отмечал: «...химический состав организмов теснейшим образом связан с химическим составом земной коры; организмы приноравливаются к нему»[9].

Химики и петрографы начиная со второй половины XIX в. изучали химический состав горных пород методами весового и объемного химического анализа. Суммируя результаты многочисленных анализов горных пород, Ф. Кларк показал, что в земной коре преобладают восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, калий и натрий. Этот основной вывод неоднократно подтвержден результатами последующих исследований. Методами химического анализа, которыми пользовались в XIX в., определение низких концентраций элементов было невозможно. Требовались принципиально иные подходы.

Мощный импульс изучению химических элементов с очень низкой концентрацией в веществе земной коры дало применение более чувствительного метода — спектроскопического анализа. Новые факты позволили В. И. Вернадскому сформулировать принцип «всюдности» всех химических элементов. В докладе на XII съезде российских естествоиспытателей и врачей в декабре 1909 г. он заявил: «В каждой капле и пылинке вещества на земной поверхности, по мере увеличения тонкости наших исследований, мы открываем все новые и новые элементы... В песчинке или в капле, как в микрокосмосе, отражается общий состав космоса»[10].

Идея «всюдности» химических элементов долгое время вызывала настороженность даже со стороны крупных ученых. Это было связано с тем, что элементы, содержащиеся в количестве ниже уровня чувствительности метода, при анализе не обнаруживались. Создавалась иллюзия их полного отсутствия, что отразилось на терминологии. В геохимии возникли термины редкие элементы (die seltene Elementen — нем.; rare elements — англ.), частота (die Haufigkeit — нем.) обнаружения. В действительности имеет место не реальная редкость или малая частота встречаемости элемента при анализах, а его низкая концентрация в изучаемых пробах, которая не может быть определена недостаточно чувствительными методами анализа.

Низкая чувствительность метода часто не позволяла определять количество элемента, а лишь констатировать присутствие его «следов». С тех пор в геохимической литературе широко используется термин? применявшийся В.М.Гольдшмидтом и его коллегами в 1930-х гг.: элементы-следы (die Spurelemente — нем.; trace elements — англ.; des elements traces — фр.).

В итоге усилий ученых разных стран в 20-х гг. XX в. сложилось общее представление о составе земной коры. Средние значения относительного содержания химических элементов в земной коре и других глобальных и космических системах известный геохимик А. Е. Ферсман предложил называть кларками в честь ученого, который наметил путь к количественной оценке распространения химических элементов.

Кларк — весьма важная величина в геохимии. Анализ значений кларков позволяет понять многие закономерности распределения химических элементов на Земле, в Солнечной системе и доступной нашим наблюдениям части Вселенной. Кларки химических элементов земной коры различаются более чем на десять математических порядков. Столь существенное количественное различие должно отразиться на качественно неодинаковой роли двух групп элементов в земной коре. Наиболее ярко это проявляется в том, что элементы первой группы, содержащиеся в относительно большом количестве, образуют самостоятельные химические соединения, а элементы второй группы с малыми кларками преимущественно распылены, рассеяны среди химических соединений других элементов. Элементы первой группы называют главными, элементы второй — рассеянными. Их синонимами в английском языке являются minor elements, rare elements, наиболее употребляемый синоним trace elements. Условной границей между группами главных и рассеянных элементов в земной коре может служить величина 0,1 %, хотя кларки большей части рассеянных элементов значительно меньше и измеряются тысячными и меньшими долями процента. Понятие о состоянии рассеяния химических элементов, так же как и о их «всюдности», было введено в науку В. И. Вернадским.

Полный химический состав верхнего, так называемого гранитного, слоя континентального блока земной коры приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Кларки химических элементов гранитного слоя коры континентов (в порядке убывания значений) (по А. А Беусу, 1976)

Химический элемент	Атомный номер	Среднее содержание, 1×10^-4 %	Химический элемент	Атомный номер	Среднее содержание, 1×10^-4 %
О		481 000	Mg
Si		399 000	Ti
А1		80 000	H
Fe			P
К			F
Са			Мn
Na			Ва
S			Ег		3,6
С			Yb		3,6
Sr			Hf		3,5
Rb			Sn		2,7
Cl			и		2,6
Zr			Be		2,5
Се			Br		2,2
V			Та		2,1
Zn			As		1,9
La			W		1,9
Yr			Ho		1,8
Cl			Tl		1,8
Nd			Eu		1,4
Li			Tb		1,4
N			Ge		1,3
Ni			Mo		1,3
Cu			Lu		1,1
Nb			I		0,5
Ga			Tu		0,3
Pb			In		0,25
Th			Sb		0,20
Sc			Cd		0,16
В			Se		0,14
Sm			Ag		0,088

Окончание табл. 1.1

Химический элемент	Атомный номер	Среднее содержание, 1×10-4 %	Химический элемент	Атомный номер	Среднее содержание, 1×10-4 %
Gd			Hg		0,033
Pr		7,9	Bi		0,010
Co		7,3	Au		0,0012
Dy		6,5	Те		0,0010
Cs		3,8	Re		0,0007

Дата добавления: 2014-11-20