Навигация
Общая геология
1. Химический состав земной коры и Земли. Кларки
Верхняя каменная оболочка Земли — земная кора — сложена различными по составу и происхождению горными породами. Любая горная порода представляет собой определенное сочетание минералов, являющихся, в свою очередь, химическими элементами или их природными соединениями.
Таким образом, вещество земной коры в порядке усложнения степени его организации образует иерархический ряд: химический элемент — минерал — горная порода. Именно в такой последовательности и рассматривается ниже вещественный состав земной коры.
Наиболее достоверные сведения о химическом составе земной коры относятся к ее верхней части (до глубины 16-20 км), доступной для непосредственного изучения. Проблемами химического состава, закономерностями его изменения в пространстве и во времени занимается сравнительно молодая еще наука геохимия.
По данным современной геохимии, в земной коре установлено 93 химических элемента. Большинство из них являются сложными, то есть представлены смесью различных изотопов. Лишь 22 химических элемента (например, натрий, марганец, фтор, фосфор, золото) не имеют изотопов и поэтому называются простыми.
Распределены химические элементы в земной коре крайне неравномерно.
Первые серьезные исследования, касающиеся распространенности химических элементов, принадлежат американскому геохимику Ф. Кларку. Путем математической обработки имевшихся в его распоряжении результатов 6000 химических анализов различных горных пород Ф. Кларк установил средние содержания в земной коре 50 наиболее распространенных химических элементов. Данные Ф. Кларка, опубликованные впервые в 1889 г., впоследствии уточнялись многими отечественными и зарубежными исследователями: Г. Вашингтоном, В. Гольшмидтом, Г. Хевеши, В. Мейсоном, В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, А. П. Виноградовым, А. А. Ярошевским и др.
В знак особой заслуги Ф. Кларка перед геохимической наукой средние содержания химических элементов в земной коре называют Кларками и выражают в весовых, атомных или объемных процентах. Наиболее и часто используют весовые кларки элементов. Ниже в таблице приведены кларки наиболее распространенных элементов земной коры по данным различных исследователей.
Весовые кларки наиболее распространенных химических элементов земной коры.
| Химический элемент | Кларк, вес. % | |||
| По Ф. Кларку (1924) | По А. П. Виноградову (1962) | по В. Мейсону(1971) | По А. А. Ярошевскому(1988) | |
| Кислород | 49,52 | 49,13 | 46,60 | 47,90 |
| Кремний | 25,75 | 26,00 | 27,72 | 29,50 |
| Алюминий | 7,51 | 7,45 | 8,13 | 8,14 |
| Железо | 4,70 | 4,20 | 5,00 | 4,37 |
| Кальций | 3,29 | 3,25 | 3,63 | 2,71 |
| Натрий | 2,64 | 2,40 | 2,83 | 2,01 |
| Калин | 2,40 | 2,35 | 2,59 | 2,40 |
| Магний | 1,94 | 2,35 | 2,09 | 1,79 |
| Водород | 0,88 | 0,15 | — | 0,16 |
| Титан | — | 0,61 | — | 0,52 |
| Углерод | — | 0,36 | — | 0,27 |
Приведенные данные показывают, что главными элементами-строителями земной коры являются О, Si, Al , Fe, Са, Na, К, Mg, составляющие более 98 % ее веса. Ведущее место среди них принадлежит кислороду, на долю которого приходится почти половина массы земной коры и около 92 % ее объема. По преобладающим химическим элементам земную кору иногда называют оксисферой, а также сиалической оболочкой.
Распространенность химических элементов связана с их положением в периодической системе. Как отмечал еще Д. И. Менделеев, наиболее распространенные элементы земной коры располагаются в начале периодической системы. С увеличением порядкового номера распространенность элементов неравномерно убывает.
Так, среди первых 30 элементов кларки редко опускаются ниже сотых долей процента и чаще выражаются в десятых долях или даже в целых процентах. У остальных элементов преобладают малые кларки, которые лишь очень редко поднимаются до тысячных долей процента.
Таким образом, в земной коре явно преобладают легкие элементы, что отличает ее от других внутренних геосфер, более бедных этими элементами и обогащенных тяжелыми металлами. Взаимосвязь между кларками химических элементов и их положением в периодической системе позволяет предположить, что одной из основных причин различной распространенности химических элементов в земной коре являются строение и энергетическая устойчивость ядер их атомов.
Следует отметить, что наши представления о распространенности химических элементов не всегда согласуются с истинными значениями их кларков. Например, такие обычные элементы, как медь, цинк, свинец, имеют кларки во много раз меньшие, чем считающиеся редкими цирконий, ванадий. Причиной такого несоответствия является различная способность химических элементов к образованию значительных концентраций в земной коре — месторождений. Эта способность определяется их химическими свойствами, зависящими от структуры внешних электронных оболочек атомов, а также термодинамическими условиями земной коры.
Химический состав земной коры изменяется в течение геологического времени, причем эта эволюция продолжается по сей день. Основными причинами изменения химического состава являются:
- процессы радиоактивного распада, приводящие к самопроизвольному
превращению одних химических элементов в другие, более устойчивые в условиях земной коры. Согласно расчетам В. И. Вернадского, в современную эпоху только за счет ядерных превращений ежегодно обновляют свой химический состав 10в -101Н т вещества земной коры;
- поступление метеорного вещества в виде метеоритов и космической пыли (16 тыс. т. ежегодно);
- продолжающиеся процессы дифференциации вещества Земли, приводящие к миграции химических элементов из одной геосферы в другую.
Атомы химических элементов в земной коре образуют разнообразные сочетания друг с другом, главным образом химические соединения. Формы их нахождения достаточно многообразны, однако основной формой существования химических элементов в земной коре является минеральная. При этом в одних случаях они образуют самостоятельные минеральные виды, в других — входят в кристаллические решетки других минералов в виде примесей.
Похожие работы
... всей Земной поверхности и составляют-10% массы Земной коры или как ее еще называют-литосферы. Осадочные горные породы представляют для нефтяников особый интерес, поскольку с ними связаны подавляющее число залежей нефти и газа. В мировой практике известны лишь отдельные случаи добычи нефти из изверженных и метаморфических пород. В соответствии со способами образования осадочных горных пород, их ...
... називаних ригелями, і ванн льодовикового виорювання (мал. 1.8), що зв'язано з різною опірністю гірських порід льодовикової экзарації. Рис. 1.8. Схема трогової долини 1.3 Переносна й акумулятивна діяльність льодовиків Весь різнорідний уламковий матеріал - від тонких глинистих часток до великих валунів і брил, як стерпний льодовиками і своїм рухом, так і відкладений, називають мореною ...
... . 7) стратиграфия – наука, устанавливает хронологическую последовательность образования горных парод в Земной коре. 8) полионтология – наука, изучает ископаемые останки прошлого. 9) ришенальная геология – изучает геологическое строение и историческое развитие отдельных регионов Земного шара. 10) геологическое картирование – изучает методы составления геологических карт. 11) гидрогеология – ...
... берег отступает, и населенные пункты заметно удаляются от моря. В другие море наступает. Берег погружается под воду, энергично размывается. В геологии эти явления называются – трансгрессии (наступление) и регрессии (отступление) моря. Инженерно-геологические исследования на морских берегах выполняют либо в целях освоения морских прибрежных территорий, либо для строительства зданий и сооружений ...
0 комментариев