Презентация на тему: Геохимия. Распространенность элементов. Кларки

Федеральное агентство по образованиюГосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образованияТомский политехнический университет Презентация лекционного курсаАвтор к. г.-м. н., доцент Недоливко Наталья МихайловнаГЕОХИМИЯРАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ. КЛАРКИ

Одна из важнейших задач геохимии – определение распространенности химических элементов в земной коре. С этих исследований во многом и началась геохимия как наука. Долгое время распространенность различных простых веществ невольно связывалась с их практическим применением. Впервые попытался оценить средний химический состав земной коры в 1815 г. английский минералог В. Филлипс на примере 10 элементов. Он определил количественную последовательность распространенности элементов и показал, что в неорганической природе резко преобладают кислород и оксиды кремния, алюминия и железа, подобно тому, как в живой природе «царствует» четверка элементов-органогенов: кислород, водород, углерод и азот (рис. 1).

Проанализировав более 5000 данных по химическому составу минералов и горных пород, американский геохимик Ф.У. Кларк в 1889 г. опубликовал первую сводную таблицу среднего химического состава земной коры. Спустя 20 лет он издал справочник с данными о составе горных пород, почв и вод, обобщив в нем работы почти 1000 исследователей. С помощью геолога Г. Вашингтона Ф.У. Кларк произвел классический расчет среднего содержания химических элементов в условном слое земной коры толщиной 16 км. Химический состав земной коры исследовался многими учеными, наиболее известны работы В.М. Гольдшмидта, А.Б. Ронова, А. Полдерваарта, А.А. Ярошевского, В.И. Вернадского, А.Е. Ферсмана, А.П. Виноградова и др. Используя новейшие методы анализа (нейтронно-активационный, атомно-абсорбционный, люминесцентный и др.), из результатов многочисленных точных анализов минералов, пород и их смесей, из сопоставления распространенности отдельных пар элементов удалось определить содержание в земной коре почти всех элементов периодической системы.

Распространенность элементов в земной коре определяют кларками. Термин предложен А.Е. Ферсманом в честь Ф.У. Кларка, впервые достаточно полно и точно оценившего химический состав земной коры. Кларк – это среднее содержание элементовв каком-либо образовании земной коры – литосфере, гидросфере и т.д., или даже в толще пород какого-либо района («местные кларки»). Кларк может быть выражен в единицах массы (%, г/т и др.), либо в атомных %

Таблица 1. Среднее содержание химических элементов в литосфере и в главных типах пород (по А.П. Виноградову, 1962), масс. %

Периодическая система элементов Д.И. Менделеева Земная кора сложена в основном легкими элементами, расположенными в периодической системе Д.И. Менделеева по Fe включительно. Элементы, следующие за Fe, в сумме составляют лишь доли процента. После железа, порядковый номер которого 26, нет ни одного химического элемента с кларком более 0,1 %.

ВЫВОДЫ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЕМНОЙ КОРЕРяд физической распространенности элементов в литосфере:O>Si>Al>Fe>Ca>Na>K>Mg>Ti>Mn>P>F>Ba>S>Sr>Cl>Z>Rb> V>Cr>Zn>Ce>Ni>Cu>Nd>Li>Y>La>C>Nb>N>Ga>Co>Pb…….Уменьшение содержания элементов2) Ведущими элементами вещества земной коры являются 8 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Доля остальных 84 элементов составляет менее 1 % массы земной коры. 3) Главнейший по распространенности элемент – кислород (О): его атомы составляют 47 % массы земной коры почти 90 % объема важнейших породообразующих минералов (ортоклаз, альбит, анортит, кварц, диопсид, мусковит).4) Геохимическая особенность земной коры состоит в резко различной распространенности элементов, слагающих как кору в целом, так и различные типы пород. Одни элементы слагают основную массу горных пород, другие находятся в них в ничтожно малых количествах.

Содержание основных породообразующих элементов в магматических породах разного состава В ряду магматических пород (от ультраосновного состава до кислого) увеличивается содержание кислорода, кремния и калия и снижется концентрация железа и магния.

Связь отдельных элементов с породами определенного состава выражена в том, что: существуют элементы, которые в основных и кислых породах распространены примерно одинаково Ga, Ge, Se, Ne, Re, Sr, Nb, Cd, In, Hf;существуют элементы, которые в основных породах накапливаются в значительно больших количествах, чем в кислых Cr, Sc, Ni, V, Co, Pt;существуют элементы, содержание которых в кислых породах заметно выше, чем в основных Li, Be, Rb, TR, Ba, Tl, Th, U, Ta.

Соотношение кларков основных породообразующих элементов в осадочных породах и литосфере В осадочных породах резко повышена роль кислорода и алюминия, высокое, по сравнению с ультраосновными и основными породами, содержание кремния.

Фундаментальной особенностью осадочных пород является отчётливо выраженное различие между их составом и средним составом пород "гранитной" оболочки, представлявшей собой главный источник осадочного материала в течение последних 2–3 млрд лет земной истории. Различие заключается, прежде всего, в повышенном, против баланса, содержании в породах осадочной оболочки воды, углекислоты и органического углерода, а также S, Cl, F, В и др. "избыточных летучих". Другой важной особенностью осадочных пород является высокое содержание в них кальция, сдвиг отношения K/Na в пользу калия, более высокое отношение окисного железа к закисному, повышенное содержание сульфатной серы по сравнению с кристаллическими породами "гранитной" оболочки.

Литература Барабанов В. Ф. Геохимия. – Л: Недра, 1985. – 423 с. Перельман А. И. Геохимия эпигенетических процессов. – М.: Недра, 1968. – 331 с.