ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2021
Просмотров: 10853
Скачиваний: 9
Общая часть
36
Таблица 3
Средний химический состав литосферы в вес. %
(по А. П. Виноградову, 1949, с уточнениями)*
I
О — 47,0
Si — 27,5
V
Ni — 0,008
Zn — 0,0068
Li — 0,0065
Ce — 0,0045
Sn — 0,004
Co — 0,003
Y — 0,0028
La — 0,0018
As — 0,0018
Ga — 0,0015
Pb — 0,0013
Nb— 0,001
VII
Cd — (5
×
10
–5
)
Sb — (4
×
10
–5
)
Cs — (4
×
10
–5
)
I — 3
×
10
–5
Bi — (2
×
10
–5
)
In — (2
×
10
–5
)
Ag — (1
×
10
–5
)
II
Al — 8,6
Fe — 5,0
Ca — 3,5
Mg — 2,26
Na — 2,5
K — 2,13
VIII Se — 7
×
10
–6
Hg — 7
×
10
–6
Os — 5
×
10
–6
Pd — 1
×
10
–6
III
Ti — 0,60
H — (0,15)
IV
Mn — 0,09
S — 0,09
P — 0,08
F — 0,06
Cu — 0,05
Ba — 0,05
C — (0,02)
Cl — 0,018
Sr — 0,04
Cr — 0,02
Zr — 0,016
V — 0,015
Rb — 0,011
N —(0,01)
VI
Th — 8
×
10
–4
Ge — 7
×
10
–4
Bе — 7
×
10
–4
Sc — 6
×
10
–4
Mo— 3
×
10
–4
B — 3
×
10
–4
U — 3
×
10
–4
Tl — 3
×
10
–4
Hf —2,4
×
10
–4
Та — 2
×
10
–4
Br — 1,6
×
10
–4
W — 1
×
10
–4
IX
Au — 5
×
10
–7
Pt — 5
×
10
–7
Ru — (5
×
10
–7
)
Те — (3
×
10
–7
)
Ir — 1
×
10
–7
Rh — 1
×
10
–7
Re — 1
×
10
–7
XI
Ra — l
×
10
–10
Pa — (1
×
10
–10
)
* В таблице приведены не все элементы из группы редких земель, а также благород
ные газы, количественные определения которых ненадежны. Данные для первых вось
ми элементов, а также для серы исправлены согласно последним указаниям А. П. Ви
ноградова.
Sn, Сr, W, Nb, Та, Th, U) преимущественно распространена в виде кисло
родных соединений, но зато многие другие элементы (Fe, Ni, Co, Zn, Cu,
Pb, Hg, Mo, Bi, As, Sb, Ag и др.) встречаются главным образом в виде скоп
лений сернистых, мышьяковистых и сурьмянистых соединений. Железо
совмещает в себе свойства сидерофильных, литофильных и халькофиль
ных элементов, обладая заметным сродством как к кислороду, так и к сере.
Глава 1. Земная кора и особенности ее состава
37
На диаграмме (рис. 4) по оси абсцисс расположены порядковые номе
ра химических элементов, а по оси ординат — логарифмы их атомных
кларков. Можно видеть, что с увеличением порядкового номера кривые
кларков как четных, так и нечетных элементов в общем обнаруживают
тенденцию к понижению. Это означает, что для большинства химических
элементов имеет место обратно пропорциональная зависимость их сред
него содержания в земной коре от порядкового номера, хотя встречаются
и исключения (например, для Li, Be, В и др.).
Если сравнить распространенность химических элементов в земной коре
в атомных кларках с числами минералов, в которые они входят, то, как ука
зал П. П. Пилипенко, между ними, за небольшим исключением, устанавли
вается некоторая прямая (симбатная) зависимость. Это имеет место преиму
щественно для элементов, обладающих малыми атомными весами
1
.
Таблица 4
Распространенность главных металлов в земной коре
Декады
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX–XI
Металлы
Al, Fe
Mg, Ca
Ti Mn,
Cr, V,
Cu
Ni, Zn,
Sn, Co,
Y, La,
Pb, Cе,
Nb
Th, Cs,
Be, As,
Mo, U
Tl, Та,
W
Cd, Sb,
Bi, Ag,
In
Hg,
Os, Pd
Au, Pt,
Ru, Ir,
Rh,
Re, Ra
Рис. 4.
Распространенность элементов в верхней части литосферы. На диаграмме даны
логарифмы атомных кларков (
H
) как функция порядкового номера (
Z
), причем кисло
род принят за единицу
1
В число минералов не включены лишь разновидности, в которые данный элемент
входит в виде изоморфной примеси.
Общая часть
38
Некоторые из легких элементов играют особую роль в минералах,
являясь типичными анионами или анионообразователями. Среди та
ких элементов прежде всего можно отметить кислород, а также водо
род (как компонент гидроксильного иона), серу, углерод и некоторые
другие. Так как подавляющее большинство минералов является поляр
ными соединениями, в составе каждого из них должны присутствовать
элементы, играющие роль катионов и анионов. Типичных анионов и
анионообразователей среди элементов Периодической системы гораз
до меньше, чем катионообразующих элементов, поскольку металлы
составляют около
3
/
4
всех элементов. По этой причине каждый из не
многих элементованионообразователей будет представлен в относи
тельно большем числе минералов по сравнению с элементами, атомы
которых играют роль катионов. Этим объясняется столь значительное
количество минералов — кислородных соединений, а также водосодер
жащих минералов и сульфидов. Для большинства распространенных
элементовметаллов (главным образом легких и средних атомных ве
сов) число минеральных видов проявляет устойчивую пропорциональ
ность их атомным кларкам.
Для многих тяжелых металлов подобная зависимость не устанавлива
ется. Так, теллур, атомный кларк которого в земной коре примерно в 40 раз
меньше, чем кларк селена, в природных условиях образует около 150 са
мостоятельных минералов, в то время как для селена их известно всего
около 100, и то главным образом в ассоциации с серой. Для цинка с атом
ным кларком в 17 раз большим по сравнению с кларком свинца мы имеем
около 250 минералов, тогда как для свинца — около 450, и т. д.
Указанные различия, несомненно, вызываются химическими свой
ствами самих элементов, обусловленными строением их ионов и опреде
ляемыми положением этих элементов в Периодической системе Менде
Таблица 5
Взаимосвязь числа минералов легких элементов и их атомных кларков
Элемент
Атомный
кларк
Число ми-
нералов
Элемент
Атомный
кларк
Число ми-
нералов
О
53,39
3550
Fe
1,31
1170
Н
17,25
2581
К
1,05
439
Si
16,11
1327
С
0,51
361
Al
4,80
978
Ti
0,22
281
Na
1,82
782
Cl
0,10
288
Mg
1,72
695
S
0,05
923
Ca
1,41
1174
F
0,07
335
Глава 1. Земная кора и особенности ее состава
39
леева. Для элементов с одинаковыми свойствами, аналогичными строением
и размерами ионов, но с различными концентрациями в данном растворе
или расплаве естественно ожидать, что при кристаллизации элементы с мень
шей концентрацией будут входить в кристаллические структуры, образуе
мые господствующими элементами, как бы растворяясь в них. Если же
данный элемент в окружающей среде не находит аналогичных себе по
размерам и строению ионов других элементов, то в каком бы количестве
он ни присутствовал в растворе при кристаллизации, он должен образо
вать самостоятельное соединение. Весьма показательно, что двухвалент
ный марганец в главной своей массе входит в состав минералов в виде
изоморфной примеси к двухвалентным железу и кальцию, но зато четы
рехвалентный марганец всегда образует явно индивидуализированные
соединения. Этим же объясняется то, что такие элементы, как рубидий,
скандий, гафний, индий, рений и др., обладающие низкими атомными
кларками, в природе образуют лишь несколько самостоятельных мине
ралов, преимущественно же находятся в рассеянном состоянии, присут
ствуя в виде изоморфной примеси к другим элементам. В значительной
мере это относится и к таким более распространенным элементам, как
селен, ванадий, цезий, кадмий и др. Наоборот, элементы с очень низкими
атомными кларками — теллур, золото, группа платиновых металлов, вис
мут и др. — сравнительно часто устанавливаются в виде самостоятель
ных минералов.
Глава 2
КОНСТИТУЦИЯ И СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Когда мы осматриваем минералы в музейных витринах или лотках со
специально подобранными образцами, нас невольно поражает то разно
образие внешних признаков, по которым они отличаются друг от друга.
Одни минералы кажутся прозрачными (горный хрусталь, каменная
соль), другие — мутными, полупрозрачными или совершенно не пропус
кающими свет (магнетит, графит).
Замечательной особенностью многих природных соединений является
их окраска. Для ряда минералов она постоянна и весьма характерна.
Например, киноварь (сернистая ртуть) всегда обладает карминнокрас
ным цветом, для малахита характерна яркозеленая окраска, кубические
кристаллики пирита легко узнаются по металлическизолотистому цве
ту и т. д. Наряду с этим окраска большого количества минералов измен
чива. Таковы, например, разновидности кварца: бесцветные (прозрачные),
молочнобелые, желтоватобурые, почти черные, фиолетовые, розовые.
Блеск — также весьма характерный признак многих минералов. В од
них случаях он очень похож на блеск металлов (галенит, пирит, арсено
пирит), в других — на блеск стекла (кварц), перламутра (мусковит). Не
мало и таких минералов, которые даже в свежем изломе выглядят
матовыми, т. е. не имеют блеска.
Часто минералы встречаются в кристаллах, иногда очень крупных, иног
да чрезвычайно мелких, устанавливаемых лишь с помощью лупы или мик
роскопа. Для ряда минералов кристаллические формы весьма типичны, на
пример, для пирита — кубические кристаллы, для гранатов — ромбические
додекаэдры, для берилла — шестигранные призмы. Однако в большинстве
случаев минеральные массы наблюдаются в виде сплошных зернистых аг
регатов, в которых отдельные зерна не обладают кристаллографическими
очертаниями. Многие минеральные вещества распространены также в виде
«натечных» масс, иногда причудливой формы, ничего общего не имеющей с
кристаллами. Таковы, например, почковидные массы малахита, сталактито
подобные образования лимонита (гидроокислов железа).
Минералы различаются и по другим физическим свойствам. Одни из
них настолько тверды, что легко оставляют царапины на стекле (кварц,