26 Химич и минер Состав зем коры

По данным современной геохимии, из известных ныне 105 элементов в земной коре установлено 93 химических эле­мента, в космосе 97. Прочие химические элементы получены искусственным путем в процессе, главным образом, ядерно-физических исследований. Большинство химических элементов являются сложными, т.е. имеют несколько изотопов.

Разновидности атомов с одина­ковым числом протонов (т.е. зарядом ядра) и различным коли­чеством нейтронов называются изотопами. В земной коре известно более 360 изотопов(²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ¹⁶О,¹⁷О и т.д.), многие из которых радиоактивны (⁴⁰К, ¹⁴С и т. д.). Наибольшее число стабильных изотопов имеют: олово — 10 изотопов, ксенон — 9, железо и сера — по 4, хлор и кислород — по 3. Лишь 22 химических элемента (натрий, фтор, фосфор, марганец, золото и др.) не имеют изотопов и называют­ся простыми.

1. Распространенность химических элементов в земной коре

Изучение распространенности химических элементов в природе началось в первой половине XIX в. Большое внимание этому удели­ли ученые-геохимики Ф. Кларк и В.М. Гольдшмидт. Д.И. Менделеев впервые отметил, что в природе более распро­странены элементы, имеющие начальные атомные номера в по­строенной им таблице, а более редкие находятся в ее конце.

Средний состав земной коры определяется составом магма­тических пород, так как общее количество осадочных и мета­морфических пород невелико по сравнению с массой извержен­ных пород. По оценкам Ф. Кларка и Г. Вашингтона, верхние 10 миль (16 км) земной коры состоят из изверженных пород (95 %), глинистых сл&нцев (4 %), песча­ников (0,75 %) и известняков (0,25 %). Осадочные породы там, где они есть, покрывают относительно тонким слоем основание, сложенное изверженными породами, за исключением ороген-ных (горно-складчатых) поясов, в которых отмечается локаль­ное накопление мощных толщ осадков.

Среди наших исследователей большую работу в этом направлении проделали В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман и А.П. Виноградов. По данным А.П. Виноградова, в состав земной коры входят следующие элементы — О, Si, Al, Fe, Ca, Na, К и Mg, которые составляют почти 99 % ее массы. Причем преобладающим является кислород. Земная кора состоит почти ис­ключительно из кислородных соединений, особенно из силика­тов алюминия, кальция, магния, натрия, калия и железа. При пе­ресчете на объем различных атомов или ионов кислород соста­вит более 90 % общего объема.

В 1933 г. А.Е. Ферсман ввел понятие кларк, определив его как среднее содержание элемента в земной коре, выраженное в процентах. Так, кларк кислорода равен 46,60, кремния — 27,72.

Таким образом, из 93 химических элементов, установлен­ных в земной коре, на 11 элементов приходится 99,99 % ее мас­сы, а на остальные 82 элемента — лишь 0,01 %.

Анализ кларковых содержаний различных химических эле­ментов позволил установить некоторые закономерности их рас­пространенности в земной коре.

1.Химические элементы в земной коре распространены крайне неравномерно. Кларки отдельных элементов изменяются от десятков процентов до 10 % и ниже.

2.Наиболее распространенные химические элементы зем­ ной коры располагаются в начале Периодической системы, созданной Д.И. Менделеевым. С увеличением порядкового номера распространенность химических элементов неравномерно убывает.

3. Из двух соседних элементов Периодической системы кларк четного элемента, как правило, выше кларка нечетного. При этом наиболее высокие кларки имеют элементы, разности порядковых номеров которых равны или кратны 6.

4. Главными элементами — строителями литосферы — яв­ляются всего восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний. При этом ве­дущее место среди них принадлежит кислороду, составляющему почти половину массы литосферы и около 92 % ее объема.