Химических элементов в земной коре
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»[8].
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: 2021-11-16; просмотров: 297;