1. Речовинний склад земної кори

1.1.Речовинний склад земної кори

1.1.1. 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 іменуютьсярідкими 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.