2.4. Химический состав земли

Среди ученых нет единого мнения о химическом составе оболочек и ядра Земли. Предполагается, что химический со­став Земли в целом аналогичен составу метеоритов. Но со­став земной коры существенно отличается от состава метеор­ного вещества. Это можно объяснить тем, что между земной корой и более глубокими зонами Земли существует обмен эле­ментами. В частности, из глубин к поверхности Земли подни­маются кремний, кальций, натрий, калий, алюминий, радиоак­тивные и другие элементы. А из земной коры в глубь Земли проникают железо, магний, сера и др.

Долгое время в науке господствовали идеи норвежского геохимика В. М. Гольдшмидта. Он развивал свои представле­ния о химическом составе Земли, опираясь на космогоническую гипотезу Канта—Лапласа и исходя из предположения о первич­но огненно-жидком состоянии Земли. Гольдшмидт полагал, что первоначально расплавленное вещество Земли распределялось на оболочки по аналогии с процессом плавки железных руд в доменной печи (разделение на металл и шлак) под влиянием силы тяжести. На этом основании в центре Земли выделялось тяжелое железо-никелевое ядро, а над ним — промежуточная окисно-сульфидная оболочка и наружная сиалическая (по элементам Si и А1) оболочка.

В настоящее время наиболее хорошо изучен химический состав осадочного и верхней части «гранитного» слоев земной коры. Они сложены главным образом соединениями кремния, алюминия, кальция, магния и щелочных металлов. Верхняя часть земной коры обогащена соединениями алюминия и щелочных металлов, а в ее нижней части с глубиной постепенно возрастает содержание соединений магния и железа. Характерной особенностью земной коры является обогащенность радиоактивными элементами — ураном, торием и др.

Около 99% состава земной коры приходится на восемь важнейших химических элементов: кислород (47%), кремний (29,5 %), алюминий (8,05 %), железо (4,66 %), кальций (2,96%), натрий (2,5%), калий (2,5%), магний (1,87%). Не большая доля приходится на такие элементы, как водород (0,15%), титан (0,45), углерод (0,02%), хлор (0,02%). К лишь 0,33% составляют все остальные элементы, содержащиеся в земной коре в тысячных и миллионных долях.

Среднее содержание химических элементов в земной коре рассчитанное на весь ее объем и выраженное в весовых или объемных процентах, называется кларком. Это названа предложено советским академиком А. Е. Ферсманом в честь американского геохимика Ф. В. Кларка, впервые на рубеж XIX и XX в. определившего среднее содержание в земной коре наиболее распространенных химических элементов. В природа встречаются участки, кларки которых выше или ниже среднего кларка земной коры. Например, для Северного Урала повышены кларки магния и никеля, для Рудного Алтая — кларки свинца, цинка, серебра и т. д. Повышенные кларки того или иного района часто находят свое выражение в наличии место рождений соответствующих элементов.

Некоторые химические элементы, входящие в состав вещества Земли, со временем изменяются. В результате такие, на пример, радиоактивные элементы, как уран и торий, превращаются в конечном итоге в устойчивые элементы — свинец и гелий. В минувшие геологические эпохи кларки урана и тория были, очевидно, значительно выше, а кларки свинца ниже, чек сейчас. По-видимому, это относится и ко всем другим элементам, подверженным превращениям.

Со временем меняется изотопный состав некоторых химических элементов. Например, U²³⁸ имеет период полураспад; 4,5*10⁹ лет, а U²³⁵ — 7,1*10⁸ лет. По подсчетам советского геохимика А. А. Саукова, 700 млн. лет назад атомов изотопа U²³⁵ было в 2 раза больше, а 2 млрд, лет назад — почти в 6 раз больше, чем теперь. По данным другого советского ученого Г. В Войткевича, 3 млрд. лет назад U²³⁵ было в 18 раз, а К⁴⁰ — в 5,3 раза больше, чем в настоящее время. За это же время количество U²³⁸ уменьшилось примерно на ¹/4 часть, а количестве тория — лишь на несколько процентов.

Химический состав земной коры в целом непостоянен во времени. Земля, с одной стороны, постоянно получает космиче­ское вещество в форме метеоритов и космической пыли, по хи­мическому составу отличающееся от земной коры. С другой стороны, Земля сама постоянно отдает в мировое пространство часть своих элементов — гелий, неон, возможно, водород, азот и другие газообразные элементы и соединения.