Относительное содержание химических элементов в земной коре
Относительное содержание 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».
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 | 8 | 481 000 | Mg | 12 | 12000 |
| |||
Si | 14 | 399 000 | Ti | 22 | 3300 |
| |||
А1 | 13 | 80 000 | H | 1 | 1000 |
| |||
Fe | 26 | 36000 | P | 15 | 800 |
| |||
К | 19 | 27000 | F | 9 | 700 |
| |||
Са | 20 | 25000 | Мn | 25 | 700 |
| |||
Na | 11 | 22000 | Ва | 56 | 680 |
| |||
S | 16 | 400 | Ег | 68 | 3,6 | ||||
С | 6 | 300 | Yb | 70 | 3,6 | ||||
Sr | 38 | 230 | Hf | 72 | 3,5 | ||||
Rb | 37 | 180 | Sn | 50 | 2,7 | ||||
Cl | 17 | 170 | и | 92 | 2,6 | ||||
Zr | 40 | 170 | Be | 4 | 2,5 | ||||
Се | 58 | 83 | Br | 35 | 2,2 | ||||
V | 23 | 76 | Та | 73 | 2,1 | ||||
Zn | 30 | 51 | As | 33 | 1,9 | ||||
La | 57 | 46 | W | 74 | 1,9 | ||||
Yr | 39 | 38 | Ho | 67 | 1,8 | ||||
Cl | 24 | 34 | Tl | 81 | 1,8 | ||||
Nd | 60 | 33 | Eu | 63 | 1,4 | ||||
Li | 3 | 30 | Tb | 65 | 1,4 | ||||
N | 7 | 26 | Ge | 32 | 1,3 | ||||
Ni | 28 | 26 | Mo | 42 | 1,3 | ||||
Cu | 29 | 22 | Lu | 71 | 1,1 | ||||
Nb | 41 | 20 | I | 53 | 0,5 | ||||
Ga | 31 | 18 | Tu | 69 | 0,3 | ||||
Pb | 82 | 16 | In | 49 | 0,25 | ||||
Th | 90 | 16 | Sb | 51 | 0,20 | ||||
Sc | 21 | 11 | Cd | 48 | 0,16 | ||||
В | 5 | 10 | Se | 34 | 0,14 | ||||
Sm | 62 | 9 | Ag | 47 | 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 | 64 | 9 | Hg | 80 | 0,033 |
Pr | 59 | 7,9 | Bi | 83 | 0,010 |
Co | 27 | 7,3 | Au | 79 | 0,0012 |
Dy | 66 | 6,5 | Те | 52 | 0,0010 |
Cs | 55 | 3,8 | Re | 75 | 0,0007 |
Обсуждение Основы биогеохимии
Комментарии, рецензии и отзывы