Поширення хімічних елементів на Землі
Мантія і земне ядро недоступні для безпосередніх досліджень і уявлення про їхню геохімію засновані на непрямих, головним чином, геофізичних, даних. Більшість теорій у цій області носить характер гіпотез, хоча вихідні геофізичні дані безперечні. Так, встановлено, що середня щільність Землі становить 5,52г/см3, а порід земної кори 2,8 г/см3. Звідси випливає висновок про високу щільність земних глибин. Це може бути пов’язано зі зміною елементарного складу, наприклад, із збільшенням кількості важких металів (Fе, Ni) із глибиною, або ж із фазовими перетвореннями легких мінералів.
На материках на глибині більш 35-70 км швидкість поширення сейсмічних хвиль стрибкоподібно зростає з 6,5—7 до 8 км/с. Причини росту швидкості хвиль цілком не з'ясовані. Думають, що на цій глибині, відбувається зміна як елементного, так і мінерального складу речовини. Глибина, на якій відбувається стрибкоподібна зміна швидкості сейсмічних хвиль, одержала назву лінії Мохоровичича. Прийнято вважати, що границя Мохо є нижньою межею земної кори і верхньою – мантії. Найбільшу потужність земна кора має під гірськими хребтами (до 70 км), а найменшу – на дні океанів (до 15 км).
В межах земної кори швидкість поширення сейсмічних хвиль теж неоднакова. Тому виділяють границю Конрада, що відділяє гранітний шар земної кори від базальтового.
Вперше дослідження по встановленню вмісту хімічних елементів у земній корі були проведені американським вченим Ф.У. Кларком. На честь нього терміном “кларк” у геохімії називають середній уміст хімічного елемента в земній корі, якій-небудь її частині, Землі в цілому, а також у планетах і інших космічних об’єктах, що виражається у процентній формі.
Закон всезагального розсіяння хімічних елементів (Кларка-Вернадського): усі елементи є скрізь – в кожному грамі гірської породи, в кожній краплині води, лише низька чутливість сучасних методів аналізу не дозволяє іноді визначити вміст того чи іншого елемента в будь-якому природному об’єкті.
Отже, при аналізі таблиці 1.1.1 видно, що майже половина твердої земної кори складається з одного елемента – кисню. На другому місці стоїть кремній (29,5%), на третьому – алюміній (8,05%). В сумі ці елементи складають 84,55%. Якщо до них ще добавити залізо (4,65%), кальцій (2,96%), калій (2,50%), натрій (2,50%), магній (1,87%), титан (0,45%), то отримаємо 99,48%. Інші (більш ніж 80 елементів) займають трохи більше 0,5%. Тобто, їх вміст в земній корі не перевищує 0,01-0,0001%. Такі елементи в геохімії прийнято називати рідкими. Якщо для рідкого елемента не характерна здатність до концентрації, то такі елементи іменуються рідкими розсіяними. Наприклад, у урану й брому кларки приблизно однакові, але для урану відомо 104 мінерали, а для брому лише 1. Крім того, уран утворює родовища, а бром – ні. Тому уран належить до рідких елементів, а бром до рідких розсіяних.
Таблиця 1.1.1. Уміст хімічних елементів
| Вміст хімічних елементів | ||
| в земній корі | в мантії | середній склад Землі |
| O – 47% | O – 35% | Fe – 35% |
| Si – 29.5% | Fe – 25% | O –30% |
| Al – 8.05% | Si – 18% | Si – 15% |
| Fe – 4.65% | Mg – 14% | Mg – 13% |
| Ca – 2.96% | S – 2.0% | Ni – 2.4% |
| Na – 2.50% | Al – 1.3% | S – 1.9% |
| K – 2.50% | Ca – 1.4% | Ca – 1.1% |
| Mg – 1.87% | Ni – 1.35% | Al – 1.1% |
| Ti – 0.45% | Na – 0.7% | Na – 0.57% |
| Cr – 0.25% | ||
| Mn – 0.20% |
Основні закономірності поширення хімічних елементів у земній корі:
1. В земній корі переважають легкі атоми, що займають перші клітинки періодичної таблиці хімічних елементів (до заліза – №26), ядра яких містять невелику кількість протонів і нейтронів.
2. В земній корі переважають елементи з парними порядковими номерами і з парними атомними масами. Особливо великі кларки елементів, атомна маса яких кратна 4 (кисень, кремній, магній, кальцій і т.д.). На ці елементи, за підрахунками А.Є. Ферсмана, припадає 86,3%.
Така картина пояснюється наступним: на початкових стадіях розвитку нашої планети речовина була розігріта до температури в десятки мільйонів градусів. При такій температурі не могли існувати атоми чи молекули – речовина існувала у вигляді розпеченої плазми з вільними електронами і ядрами й у ній відбувались атомні реакції. Найбільша ймовірність утворення ядер із невеликим, причому парним, числом протонів і нейтронів, бо такі ядра найбільш стійкі.
Це дало можливість В.М. Гольдшмідту сформулювати основний геохімічний закон: абсолютна кількість елементів, тобто кларки, залежать від будови атомного ядра; розподіл же елементів, пов’язаний із їх міграцією, – від електронів на зовнішньому електронному рівні.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 3562;