ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2020
Просмотров: 13823
Скачиваний: 112
Глава 1
ЗЕМНАЯ КОРА И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ СОСТАВА
Строение земного шара.
Главным объектом геологических, в том чис
ле и минералогических исследований является
земная кора
, под которой
подразумевается самая верхняя оболочка земного шара, доступная непо
средственному наблюдению.
Наши фактические знания о строении и химическом составе земной
коры основываются почти исключительно на наблюдениях над самыми
поверхностными частями нашей планеты.
Горообразующие процессы, совершавшиеся в различные геологиче
ские эпохи и приводившие к образованию высоких горных хребтов, под
няли из глубины самые различные породы, не образующиеся вблизи по
верхности Земли. Наиболее глубинные по происхождению горные
породы из доступных прямому изучению — мантийные ксенолиты, об
наруживаемые в трубках взрыва, — являются объектом пристального
внимания исследователей. Их изучение дает возможность, как показы
вают геологические наблюдения и подсчеты, получить более или менее
реальное представление о составе и строении земного шара только до
глубины 100–150 км
(радиус же его превышает 6300 км)
.
О строении и составе глубоких недр земного шара можно судить лишь
на основании косвенных данных. Как показывает сопоставление плотно
стей всего земного шара (5,527) и земной коры (2,7–2,8), внутренние ча
сти нашей планеты должны обладать значительно большей плотностью,
чем поверхностные. Различные данные (геофизические наблюдения, дан
ные сравнения Земли с другими космическими телами, состав метеори
тов и пр.) дают основания предполагать, что это обстоятельство обуслов
лено не только увеличением с глубиной давления, но и изменением
состава внутренних частей нашей планеты.
Согласно современным моделям, построенным на основании геофи
зических данных, в строении Земли выделяется несколько концентри
ческих оболочек (геосфер, рис. 3), различающихся по физическим свой
ствам и составу (табл. 1).
Состав земной коры.
Впервые состав твердой части земной коры
в весовых процентах подсчитал американский исследователь
Ф. Кларк
в 1889 г. Большая работа по уточнению полученных цифр была проделана
В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, И. и В. Ноддаками, Г. Гевеши,
В. М. Гольдшмидтом и А. П. Виноградовым. Последний подсчитал средний
Общая часть
32
химический состав лишь литосфе
ры (без учета гидросферы и атмо
сферы).
По предложению акад. Ферс
мана средние цифры содержаний
отдельных элементов земной коры
стали называть «числами Кларка»,
или просто кларками. Он же пред
ложил выражать эти величины не
только в весовых процентах, но и
в атомных.
Из более чем ста химических
элементов, приведенных в перио
дической таблице элементов Мен
делеева (табл. 2), лишь немногие
пользуются широким распростра
нением в земной коре. Такие эле
менты в таблице располагаются преимущественно в верхней ее части, т. е.
относятся к числу элементов с малыми порядковыми номерами.
Наиболее распространенными элементами являются: О, Si, Al, Fe, Ca,
Na, К, Mg, Ti, H и С. На долю всех остальных элементов, встречающихся
Таблица 1
Характеристики геосфер Земли
Оболочка
Ин-
декс
Нижняя
грани-
ца, км
Плотность
Компонентный состав
Кора
A
10–30
2,80–2,85
SiO
2
, Al
2
O
3
,FeO, CaO,
MgO, Na
2
O, K
2
О
Верхняя ман-
тия
B
350–400
2,9–3,5
SiO
2
, MgO, FeO, CaO,
Al
2
O
3
Переходная
зона
C
770
3,8–4,2
SiO
2
, MgO, FeO, CaO,
Al
2
O
3
Нижняя ман-
тия
D
2875
4,5–5,6
SiO
2
, MgO, FeO, Fe, MgS,
FeS
Внешнее ядро
E
4711
9,8–12,2
FeO, Fe, FeS, Si, Ni, H, C
Переходная
зона
F
5160
12,2–12,5
Fe, FeS, Ni, H, C
Внутреннее
ядро
G
6371
12,7–14,0
Fe, Ni, H, C
Рис. 3.
Схема внутреннего строения Земли
(мощность земной коры отражена
вне масштаба)
Глава 1. Земная кора и особенности ее состава
33
в земной коре, приходится всего лишь несколько десятых процента (по
весу). Подавляющее большинство этих элементов в земной коре присут
ствует почти исключительно в виде химических соединений. К числу
элементов, встречающихся в самородном виде, относятся очень немно
гие. Те и другие возникают в результате химических реакций, которые
протекают в земной коре при различных геологических процессах, при
водящих к образованию самых разнообразных па составу массивов гор
ных пород и месторождений полезных ископаемых.
Если главнейшие элементы расположить в порядке их процентного
(весового) содержания в земной коре на группы по декадам
1
, то получит
ся такая картина (табл. 3).
Из таблицы 3 видно, что подавляющая масса минералов земной коры
должна представлять соединения элементов первых двух декад, на долю
которых в весовом выражении приходится основная масса. В самом деле,
в земной коре чрезвычайно широко распространены кислородные соеди
нения кремния, алюминия, железа, а также щелочноземельных и щелоч
ных металлов — кальция, магния, натрия и калия. К их числу относятся
главным образом окислы и кислородные соли (преимущественно сили
каты, алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты и др.), входящие в состав
различных горных пород, слагающих земную кору.
Кларки тяжелых металлов, играющих большую роль в промышлен
ности, в подавляющем большинстве выражаются ничтожными величи
нами и попадают в последние столбцы элементов, разбитых на декады по
степени распространения (табл. 4).
Некоторые особенности распределения тяжелых металлов в земной
коре.
Многие из указанных редких в земной коре элементов под влиянием
совершающихся в природе геохимических процессов нередко образуют
исключительно богатые скопления минерального вещества, носящие на
звание рудных месторождений. Если бы не существовало процессов, при
водящих к образованию таких месторождений, которые имело бы смысл
разрабатывать с целью извлечения ценных для промышленности метал
лов, то можно с уверенностью сказать, что не было бы и столь мощного
развития техники и культуры, какое наблюдается в настоящее время.
Тогда многие металлы, извлеченные из пород в лабораторных услови
ях, являлись бы исключительно дорогими. Весьма характерно, что кларки
таких металлов, как ванадий, цезий, галлий и др., во много раз выше клар
ков ртути, висмута, серебра, золота и др. Но, несмотря на их весьма ценные
свойства, они не распространены в человеческом быту, так как их место
рождения с промышленными концентрациями в природе крайне редки.
Природные соединения тяжелых металлов представляют собой в ос
новном сравнительно простые соединения. Часть этих элементов (Fe, Mn,
1
От греческого слова
дека
— десять.
Т
аблица 2
Периодическая система элементов Д.
И. Менделеева
S
-элементы
р
-элементы
d
-элементы
f
-элементы
Группы элементов
Перио-
ды
ряды
I
II
III
IV
V
V
I
VII
VIII
11
1
Водород
Н
1,0079
2
Гелий
He
4,0026
22
3
Литий
Li
6,941
4
Бериллий
Be
9,01218
5
Бор
B
10,81
6
У
глерод
C
12,011
7
Азот
N
14,0067
8
Кислород
O
15,9994
9
Фтор
F
18,9984
10
Неон
Ne
20,179
33
11
Натрий
Na
22,98977
12
Магний
Mg
24,305
13
Алюминий
Al
26,98154
14
Кремний
Si
28,0855
15
Фосфор
P
30,97376
16
Сера
S
32,06
17
Хлор
Cl
35,453
18
Аргон
Ar
39,948
44
19
Калий
К
39,0983
20
Кальций
Ca
40,08
21
Скандий
Sc
44,9559
22
Т
итан
Ti
47,88
23
Ванадий
V
50,9415
24
Хром
Cr
51,996
25
Марганец
Mn
54,9380
26
Железо
Fe
55,847
27
Кобаль
т
Co
58,9332
28
Никель
Ni
58,69
5
29
Медь
Cu
63,546
30
Цинк
Zn
65,38
31
Галлий
Ga
69,72
32
Германий
Ge
72,59
33
Мышьяк
As
74,9216
34
Селен
Se
78,96
35
Бром
Br
79,904
36
Криптон
Kr
83,80
56
3
7
Рубидий
Rb
85,4678
38
Стронций
Sr
87,62
39
Иттрий
Y
88,9059
40
Цирконий
Zr
91,22
41
Ниобий
Nb
92,9064
42
Молибден
Mo
95,94
43
Т
ехнеций
Tc
[98]
44
Рутений
Ru
101,07
45
Родий
Rh
102,9055
46
Палладий
Pd
106,42
7
47
Серебро
Ag
107,868
48
Кадмий
Cd
112,41
49
Индий
In
114,82
50
Олово
Sn
118,69
51
Сурьма
Sb
121,75
52
Т
еллур
Te
127,60
53
Иод
I
126,9045
54
Ксенон
Xe
131,29
54
68
55
Цезий
Cs
132,9054
56
Барий
Ba
137,33
57*
Лантан
La
138,9055
72
Гафний
Hf
178,49
73
Т
антал
Ta
180,9479
74
Вольфрам
W
183,85
75
Рений
Re
186,207
76
Осмий
Os
190,2
77
Иридий
Ir
192,22
78
Платина
Pt
195,08
9
79
Золото
Au
196,9665
80
Ртуть
Hg
200,59
81
Т
аллий
Tl
204,383
82
Свинец
Pb
207,2
83
Висмут
Bi
208,9804
84
Полоний
Po
[209]
85
Астат
At
[210]
86
Радон
Rn
[222]
71
0
87
Франций
Fr
[223]
88
Радий
Ra
226,0254
89**
Актиний
Ac
227,0278
104
Резерфордий
Rf
[261]
105
Дубний
Db
[262]
106
Сиборгий
Sg
[263]
107
Борий
Bh
[262]
108
Хассий
Hs
[265]
109
Майтнерий
Mt
[266]
110
Uun
[?]
* Лантаноиды
58
Церий
Ce
140,12
59
Пра-
зеодим
Pr
140,9077
60
Неодим
Nd
144,24
61
Про-
метий
Pm
[145]
62
Самарий
Sm
150,36
63
Европий
Eu
151,96
64
Г
адо-
линий
Gd
157,25
65
Т
ербий
Tb
158,9254
66
Дис-
прозий
Dy
162,50
67
Го
льмий
Ho
164,9304
68
Эрбий
Er
167,26
69
Т
улий
Tm
168,9342
70
Ит-
тербий
Yb
173,04
71
Лю-
теций
Lu
174.967
**Актиноиды
90
Т
орий
Th
232,0381
91
Прот-
актиний
Pa
231,0359
92
У
ран
U
238,0389
93
Неп-
туний
Np
237,0482
94
Плу-
тоний
Pu
[244]
95
Аме-
риций
Am
[243]
96
Кюрий
Cm
[247]
97
Берклий
Bk
[247]
98
Кали-
форний
Cf
[251]
99
Эйн-
штейний
Es
[252]
100
Фермий
Fm
[257]
101
Мен-
делевий
Md
[258]
102
Но-
белий
No
[255]
103
Лоу-
ренсий
Lr
[260]