ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 28.09.2020

Просмотров: 4373

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

 

41 

 

                (по В.М.Гольдшмидту с дополнениями В.В.Щербины) 

 

5.2.

 Связь кларка с геохимическим поведением элементов 

Химические элементы в системе распределяются по нормальному и логнор-

мальному закону или асимметрии. Поэтому для статистической обработки можно 
использовать методы, основанные на теории вероятности.  

Величина  кларка  определяет  геохимию  элемента  в  земной  коре  по  закону 

Гольдшмидта: 

геохимия элемента в земной коре определяется как его химически-

ми свойствами, так и величиной его кларка

.

 Например, элементы с одинаковыми 

кларками  ведут  себя  в  земной  коре  по-разному  (

Ga,  Ni,  Co,  Sn,  U

),  а  с  разными 

имеют сходство (

S

 и 

Se

Cu

 и 

Sr

). 

В природе химические элементы вступают во взаимодействие не пропорци-

онально их массам, а в соответствии с количеством их атомов

. Поэтому разли-

чают массовые и атомные кларки (табл. 5). 

Формат:

 Список


background image

 

42 

Таблица 5 

Атомные и массовые кларки элементов 

 

Легкие элементы 

Тяжелые элементы 

Элемент 

Массовый 

кларк 

Атомный 

кларк 

Элемент 

Массовый 

кларк 

Атомный 

кларк 

47 

58 

2,5·10

-4

 

2·10

-5

 

Li 

3,2·10

-3 

1,9·10

-2

 

Au 

4,3·10

-7

 

5·10

-8

 

Be 

3,8·10

-4

 

1,2·10

-3

 

Ra 

2·10

-10

 

9·10

-12

 

 
У легких элементов количество атомов большее при малой массе, у тяжелых 

–  большие  массы  при  малом  количестве  атомов.  Близкие  по  химическим  свой-
ствам элементы резко различаются по кларкам: 

Na–

2,50 %; 

Rb

–1,5·10

-2

Li

–3,2·10

-

3

Cs–

3,7·10

-4 

%.  Разные по свойствам элементы имеют близкие кларки

: Mn

–0,1 и 

Р

–0,093; 

Rb–

1,5·10

-2

  и 

Cl–

·10

-2

.  В  земной  коре  преобладают  легкие  элементы  до 

железа  включительно.  Доминируют  элементы  с  четными  номерами  по  атомной 
массе (86,43 %) как наиболее устойчивые, и очень мало их с нечетными номерами 
(13,53 %). Особенно большие кларки имеют те элементы, атомная масса которых 
делится на четыре: 

O, Mg, S, Ca

 и т.д. (рис. 6).  

Среди атомов одного и того же элемента преобладают изотопы с массовым 

числом  кратным  четырем,  например: 

16

О 

–  99,76%; 

17

О

  –  0,04; 

18

О

  –  0,2; 

32

S

  – 

95,01; 

33

– 0,75; 

34

S

 – 4,22; 

36

S

 – 0,02. Элементы с четными порядковыми номера-

ми имеют большее число изотопов, чем с нечетными: № 50 

Sn 

– 10 изотопов; № 9 

– 1 изотоп. В зависимости от генезиса элемента соотношение между изотопами 

в природе будет разным и отличаться атомная масса. Это используется в геологии 
как индикатор происхождения пород, например, атомная масса 

Pb

  207,21, в  ура-

новых рудах – 206,1, в ториевых – 207,97. При этом химические свойства всех ви-
дов свинца одинаковые. Химический элемент устанавливают не по массе изотопа, 
а  по  совокупности  атомов  с  одинаковым  положительным  зарядом  ядра.  Среди 
четных  элементов,  начиная  с  №  2  – 

Не

,  наибольшим  кларком  обладает  каждый 

шестой: №8 

– О;

 №14 – 

Si

; №20 – 

Ca

; №26 – 

Fe;

 № 32 – 

Ge

; № 38 – 

Sr 

и т.д. Ана-

логичное правило среди нечетных элементов, начиная с № 1 – 

Н

: № 7 – 

N

; № 13 – 

Al;

 № 19 – 

K

; № 25 – 

Mg;

 № 31 

– Ga;

 № 37 – 

Rb

 и т.д. 

Редкие  элементы  мигрируют  интенсивнее,  чем  близкие  им  по  химическим 

свойствам  более  распространенные.  Поэтому  редкие  анионы  (

CrO

4

2-

,  SeO

4

2

-

)  со-

единяются  с  распространенными  катионами  (

Ca,  Mg,  Fe

)  и  наоборот.  «Химиче-

ское»  поведние  элемента  отличается  от  «геохимического».  Например, 

S

  и 

Se 

сходны по химическим свойствам, а в геохимии отличаются: 

S

 – ведущий элемент 

многих процессов, образует руды, сульфиды, другие минеральные формы, для 

Se

 

это нехарактерно. 

 


background image

 

43 

 

 
Ведущие  элементы  определяют  геохимические  особенности  системы  и  вы-

ступают  в  роли 

типоморфных  элементов

  или 

геохимических  диктаторов

.  При-

мером  может  служить  водород.  При  высоком  его  содержании  в  растворе  среда 
имеет кислую реакцию, которая разрушает минеральные соединения и переводит 
их в миграционную форму. Кларк влияет на способность элементов образовывать 
минералы. 

Число  минеральных  видов  элемента  уменьшается  с  уменьшением  его 

кларка

. Например, при величине кларка от 1 до 10 % элемент может образовывать 

до  239  соединений,  при  кларке  10

-5

–10

-6

%  –  всего  до  23  минеральных  видов.  С 

уменьшением кларков отсутствуют условия для концентрации элементов, труднее 
достигаются произведение растворимости и выпадение самостоятельной фазы из 
расплава. 

Способность элементов к минералообразованию (

М

) определяются отноше-

нием  числа  минералов  (

n

)  данного  элемента  к  его  кларку  (

К

)  в  земной  коре 

(табл. 6): 

М=n / К 

По Е.М. Квятковскому, элементы с большой способностью к минералообра-

зованию называются 

минералофильными

 

(Si, C, Fe, Bi, Te, Se, U, S), 

с малой – 

ми-

нералофобными

 (

Mg, Ba, Ga, Rb, Sr, In, Tl, TR

). 

 


background image

 

44 

Таблица 6 

Минералообразование элементов (по А.С. Поваренных, 1977) 

 

Элемент 

Кларк 

(

К

Число минералов (

n

Способность к минерало-

образованию (

М

в земной 

коре 

в гипергенных 

условиях 

в земной 

коре 

в гипергенных 

условиях 

Cr 

8,3·10

-3

 

17 

2·10

3

 

7·10

2

 

Zn 

8,3·10

-3

 

66 

29 

8·10

3

 

3,5·10

2

 

9·10

-3

 

61 

10 

6,8·10

3

 

1,1·10

3

 

Ni 

5,8·10

-3

 

53 

40 

9,1·10

3

 

7·10

3

 

 
Число  минеральных  видов  ограничивает  смещение  обменных  равновесий, 

подчиняющихся  кристаллохимическим  и  термодинамическим  законам,  поэтому 
широко распространены одни и отсутствуют другие виды. 

Влияет  изоморфизм,  так  как  близость  ионных  радиусов  при  замещении  не 

всегда  образует  изоморфные  смеси  в  случае  большого  различия  электроотрица-
тельности (они не должны превышать разницы более 0,4). Например ионные ра-
диусы 

Na

  и 

Cu

  почти  одинаковые,  но  велико  различие  по  ЭО:  Na

+

  (r

o

=95  пм, 

ЭО=0,9), 

Cu

+

 (r

o

=96 пм, ЭО=1,9), т.е. разница между элементами по ЭО составля-

ет 1,0. Однако пределы взаимной смесимости резко возрастают, если повышается 
температура и давление, что соответствует гипогенным условиям. Часть элемен-
тов  не  образует  собственные  минеральные  виды  и  входят  в  кристаллы  распро-
страненных «идеальных изоморфных партнеров»: 

Rb→K; Hf→Zn, Re→Mo.

 Почти 

1/3  всех  стабильных  элементов  либо  не  образуют  собственных  минералов,  либо 
образуют очень редкие минералы в специфических условиях (высокое давление и 
температура и др.): 

Ge, Ga, Sc, Ta, Nb, Cd, In, Tl, Y,

 платиноиды, редкие земли, т.е. 

чем  тяжелее  элемент,  тем  меньше  его  минеральных  видов.  Некоторые  космиче-
ские системы имеют близкие спектры по атомным кларкам (рис. 7). У каменных 
метеоритов и Солнца кларки по большинству элементов сходны, за исключением 
резких  различий  по 

N,  In,  Re,  B,  C.

  Атомные  кларки  кислых  пород  Земли  пред-

ставлены в виде плавной ниспадающей кривой от водорода до палладия. Во всех 
трех геохимических системах атомные кларки совпадают по 

Si, Ti

, отчасти 

V


background image

 

45