Понятие о массовых и атомных кларках
Литосфера (от греч. литос – камень и sphấira – шар) – этот термин до последнего времени использовали как синоним термина земная кора.Сейчас в состав литосферы – наружной оболочки Земли – обычно включают наряду с земной корой и находящуюся под ней верхнюю часть мантии до начала астеносферы, то есть до глубины 70-75 км. Состоит из твёрдого вещества – каменных горных пород.
Химический состав твёрдой оболочки Земли – литосферы – в силу её крайней неоднородности определить с той же степенью погрешности, что и для других геосфер, весьма трудно.
Наиболее достоверные факты накоплены в области исследования состава земной коры. Особая роль в этом принадлежит главному химику Геологической службы США Ф.У. Кларку.
Исходя из известного факта, что изверженные горные породы составляют около 95 % от массы земной коры, а осадочные породы — лишь 5 %, Кларк за 20 лет обобщил исследования более тысячи учёных и данные множества произвольно выбранных анализов изверженных пород. Он исходил из предположения о том, что наиболее часто встречающиеся в природе горные породы должны чаще попадать на стол химиков для анализа. Сначала были учтены данные 1500 анализов, а позднее их число выросло до 5000. Полученные таким образом средние данные и были предложены Кларком в качестве меры распространения химических элементов в земной коре. Не всей, конечно, а лишь верхней части. Кларк условно провёл границу на глубине 16 км. Эта же цифра используется и в современных расчётах.
Сначала у метода Кларка нашлось много противников. Но когда были специально отобраны множество геологических проб в разных странах, произведённый анализ показал замечательное совпадение распространённости в них химических элементов с данными Кларка. Массовая доля каждого химического элемента в общей массе земной коры по предложению А.Б. Ферсмана была названа кларком данного элемента.
Однако массовые кларки лишь относительно характеризуют распространённость химических элементов. А. Е. Ферсман предложил пользоваться атомными кларками, показывающими долю атомов данного элемента от общего числа всех атомов земной коры. Эта мера позволяет сравнивать распространённость химических элементов с разными атомными массами. Так, например, массовой кларк водорода равен 1, то есть на долю водорода приходится лишь 1 % от всей массы земной коры. Атомный же кларк водорода равен 16, то есть из каждых ста атомов земной коры на долю атомов водорода приходится 16.
Таблица 3
Среднее содержание наиболее распространённых в земной коре химических элементов
Элемент | Массовый кларк |
Кислород | 47,00 |
Кремний | 29,50 |
Алюминий | 8,05 |
Железо | 4,65 |
Кальций | 2,96 |
Натрий | 2,50 |
Калий | 2,50 |
Магний | 1,87 |
Данные табл. 3 показывают, что на долю наиболее распространённых 8, так называемых главных, химических элементов (величины их кларков больше 1) приходится 99,03 % содержание остальных 79 природных химических элементов существенно меньше, около 1 %, по мнению из разнообразие служит источником богатства земных недр.
Элементы, кларки которых < 0,01 называют редкими. Если элементы обладают слабой способностью образовывать минералы, их называют рассеянными.
Наименее распространёнными химическими элементами являются благородные (инертные) газы, содержание которых в земной коре составляет от 10-12 до 10-17 атомных кларков, а то и вовсе не поддаётся достоверной количественной оценке. Первоначальные запасы технеция Tc, полония Po, радона Rn, франция F, радия Ra, актиния Ac, протактиния Pa, существовавшие на планете в период её образования, давным-давно «съедены» радиоактивностью. Те же их количества, которые можно обнаружить в земных минералах, имеют второстепенное происхождение. Они полностью воспроизводятся благодаря распаду урана 92U и тория 90Th. От прочих радиоактивных элементов эти два отличаются гораздо большей продолжительностью «жизни» – она измеряется миллиардами лет.
Поэтому "первозданные" уран и торий до сих пор сохранились на Земле, и их открывали в природных минералах, как обычные стабильные элементы. Показатель распространённости у них средний. А вот порождённость или вторичность элементов в 16-километровой толще земной коры ничтожно мало – немногим более 1 млн. тонн.
Оценить состав не только земной коры, но и планеты в целом попытались учёные в 1966 г., основываясь на существующих гипотезахо внутренне строении Земли. Расчёты показали, это в первую десятку наиболее распространённых элементов планеты входят: железо (38,8 %), кислород (27,17 %), кремний (13,84%), магний (11,25 %), сера (2,74 %), никель (2,7 %), алюминий (1,07 %), кальций (1,07 %), натрий (0,51 %) и кобальт (0,2 %).
Кларки титана Ti и марганца Mn измеряются десятыми долями процента (10-1). Кларки углерода C, фтора F, фосфора P, серы S, хлора Cl, рубидия Rb, стронция Sr, циркония Zr и бария Ba составляют сотые доли процента (10-2). Тысячными долями процента (10-3) измеряются 18 элементов: азот N, хром Cr, медь Cu, цинк Zn, свинец Pb и др. Редкие элементы (их 39) кларки, расположенные в интервале 10-4-10-8 %. Большинство из них находятся в 5-м и 6-м периодах периодической системы химических элементов.
Рис. . Схема Земли и состав земной коры
Отсюда следует главное заключение: химические элементы в земной коре встречаются крайне неравномерно. Кроме того, указанные в табл. 3 элементы располагаются только во 2, 3 и 4-м периодах Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева; из них наибольший порядковый (атомный) номер (26) имеет железо.
Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2238;