Вводная часть Геохимия – это наука, изучающая естественную

Скачать презентацию Вводная часть Геохимия – это наука, изучающая естественную Скачать презентацию Вводная часть Геохимия – это наука, изучающая естественную

svodnyy_kurs.ppt

  • Размер: 17.1 Мб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 166

Описание презентации Вводная часть Геохимия – это наука, изучающая естественную по слайдам

Вводная часть Геохимия – это наука, изучающая естественную историю атомов химических элементов в пределахВводная часть Геохимия – это наука, изучающая естественную историю атомов химических элементов в пределах видимой части космоса и нашей Земли. Геохимия относится к наукам о Земле. Объекты изучения геохимии – атом и элемент. Основоположники геохимии: Ф. Кларк, В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман и В. М. Гольдшмидт.

  Основные задачи геохимии :  - определение относительной и абсолютной распространённости элементов Основные задачи геохимии : — определение относительной и абсолютной распространённости элементов и изотопов в Земле и на её поверхности; — изучение распределения и перемещения элементов в различных частях Земли (коре, мантии, гидросфере и т. д. ) для выяснения законов и причин неравномерного распределения элементов; — анализ распределения элементов и изотопов в космосе и на планетах Солнечной системы (космохимия); — изучение геологических процессов и веществ, производимых живыми или вымершими организмами (биогеохимия).

1. Химические элементы в природе   1. 1. Распространенность химических   элементов1. Химические элементы в природе 1. 1. Распространенность химических элементов в природе Под распространенностью химических элементов понимают средние их содержания в какой-либо природной системе (в земной коре, главных типах горных пород, почвах, поверхностных водах, растениях и животных и т. д. ). По инициативе А. Е. Ферсмана эти величины были названы «кларками » в честь американского геохимика Ф. У. Кларка, исследования которого положили начало изучению среднего химического состава земной коры. В России содержание элементов чаще выражают в весовых процентах (вес. %) или в граммах на тонну (г/т), в западных странах – в млн. ˉ ¹.

Метеориты Метеориты

Метеориты Каменный  Железо- каменный Метеориты Каменный Железо- каменный

  Минеральный состав метеоритов своеобразен,  хотя в целом он близок составу земных Минеральный состав метеоритов своеобразен, хотя в целом он близок составу земных ультраосновных пород. В них обнаружено 66 минералов. В их числе: -самородные элементы (никелистое железо, медь, золото, алмаз, графит, сера); -сульфиды (халькопирит, троилит, алабандин, пирит, сфалерит и др. ); -окислы (ильменит, магнетит, хромит, кварц и др. ); -фосфаты (апатит и др. ); -сульфаты (гипс, астраханит и др. ); -силикаты (оливин, пироксены и др. ). В метеоритах встречены также минералы, неизвестные в земных условиях (19 минералов).

   В составе метеоритов обнаружены все элементы менделеевской системы. Никаких элементов, неизвестных В составе метеоритов обнаружены все элементы менделеевской системы. Никаких элементов, неизвестных на Земле, в метеоритах не установлено. Изучение вещественного состава метеоритов блестящим образом подтверждает материальное единство вселенной: и метеориты, и наша Земля, и вообще все небесные тела солнечной системы состоят из одних и тех же химических элементов. Это говорит об их общем происхождении, об их генетической связи. Наиболее распространенными элементами метеоритов являются O , Fe , Si , Mg , Ni , S , Ca , Al , т. е. немногие элементы таблицы Менделеева. В железных метеоритах резко преобладают Fe , Ni , Co , в каменных – O , Fe , Si , Mg , S , Ca , Ni , Al. Преобладающее значение в метеоритах имеют элементы небольших порядковых номеров (между 8 и 28).

Химические составы хондритов (в ) Химические составы хондритов (в %)

  Элементный состав поверхностного слоя марсианского грунта ,  определённый по данным посадочных Элементный состав поверхностного слоя марсианского грунта , определённый по данным посадочных аппаратов, неодинаков в разных местах. Основная составляющая почвы — кремнезём (20— 25 %), содержащий примесь гидратов оксидов железа (до 15 %), придающих почве красноватый цвет. Имеются значительные примеси соединений серы, кальция, алюминия, магния, натрия (единицы процентов для каждого). В породе, из которой брал образцы марсоход, обнаружена вода, содержание которой может достигать 2 % по весу. По своему минеральному составу марсианский грунт похож на некоторые земные базальты , с большим содержанием полевого шпата, пироксена и оливина. Кроме того, были обнаружены и аморфные продукты, в частности, вулканическое стекло. Все это роднит марсианский грунт с продуктами выветривания базальтов на Гавайских островах.

Солнце    Солнце – это газовый шар раскаленного вещества. Температура его поверхностиСолнце Солнце – это газовый шар раскаленного вещества. Температура его поверхности — 6000 К. В центре Солнца температура достигает десятков млн. градусов (20 000 К). Химический состав верхней оболочки Солнца хорошо изучен с помощью спектрального анализа. Видимый диаметр Солнца – 1 391 000 км. Масса Солнца 1, 983 ٠ 10 ³³ г, т. е. 333434 земных массы. Средняя плотность 1, 41 г/см ³

  На Солнце обнаружено 92 химических элементов. Из них 38 водорода, 59 гелия На Солнце обнаружено 92 химических элементов. Из них 38% водорода, 59% гелия и 2, 6% всех остальных элементов. Если не считать водород и гелий, то в составе Солнца преобладают те же элементы, что и в метеоритах и земной коре ( O , Mg , Si , S , Fe , Ca , Ni , N ). Изотопный состав основных элементов на Солнце такой же, что и на Земле. Энергия Солнца, поступая на Землю, является внешним фактором различных процессов, в том числе и геологических процессов, протекающих на Земле.

Земля   Согласно современным данным общая масса Земли составляет 5, 974 ٠ 1027Земля Согласно современным данным общая масса Земли составляет 5, 974 ٠ 1027 г, средняя плотность – 5, 517 г/см ³ , средняя плотность верхней литосферы – 2, 65 г/см ³. Разница между средней плотностью Земли и плотностью литосферы, сложенной горными породами, служит явным указанием на то, что в недрах нашей планеты есть плотные ( «тяжелые» ) массы вещества.

Характеристики оболочек Земли (по Б. Мейсону)  Название оболочки Мощность,  км Объем, Характеристики оболочек Земли (по Б. Мейсону) Название оболочки Мощность, км Объем, *10 27 см 3 Средняя плотность, г/см 3 Масса, *10 27 г Масса, % Атмосфера — — — 0, 000005 0, 00009 Гидросфера (средняя) 3, 8 0, 00137 1, 03 0, 00141 0, 024 Земная кора 30 0, 015 2, 8 0, 043 0, 7 Мантия 2870 0, 892 4, 5 4, 054 67, 8 Ядро 3471 0, 175 10, 7 1, 876 31, 5 Земля в целом 6371 1, 083 5, 52 5, 974 100,

  Оценить общий химический состав нашей планеты можно на основании изучения химического состава Оценить общий химический состав нашей планеты можно на основании изучения химического состава метеоритов разных типов. При этом решающее значение имеет выбор соотношений каменных и железных метеоритов (т. е. силикатной и металлической фаз). Предполагается, что удовлетворительный состав Земли должен отвечать смеси, состоящей из 40% углистых хондритов, 50% обычных хондритов и 10% железных метеоритов.

Средний элементный состав Земли по оценкам разных авторов (Ферсман, Рамамурти и Холла , Моргана-Андерса),Средний элементный состав Земли по оценкам разных авторов (Ферсман, Рамамурти и Холла , Моргана-Андерса), в массовых %. Элемент А. Ферсман Рамамурти и Холл Морган-Андерс O 28, 56 30, 75 30, 12 Na 0, 52 0, 30 0, 12 Mg 11, 03 15, 70 13, 90 Al 1, 22 1, 29 1, 41 Si 14, 47 14, 73 15, 12 P 0, 12 — 0, 19 S 1, 44 4, 65 2, 92 K 0, 05 — 0, 023 Ca 1, 38 1, 54 Ti — — 0, 08 Cr 0, 26 — 0, 41 Mn 0, 18 — 0, 075 Fe 37, 04 29, 30 32, 07 Ni 2, 96 1, 65 1,

1. 2. Формы нахождения химических элементов. Изоморфизм  В. И. Вернадский выделил 4 формы1. 2. Формы нахождения химических элементов. Изоморфизм В. И. Вернадский выделил 4 формы нахождения химических элементов в земной коре, которые отличаются состоянием атомов: -горные породы и минералы -магма -рассеяние — «живое» вещество А. И. Перельман выделил подвижные и инертные формы нахождения элементов в литосфере. Подвижные формы – такое состояние химического элемента в горной породе, почвах и рудах, находясь в которых элемент легко может переходить в раствор и мигрировать. Инертная форма – состояние, при котором элемент в условиях данной обстановки не может мигрировать.

Формы нахождения Примеры Химические элементы и их соединения Геологическая обстановка 1.  Газообразная (максимальноФормы нахождения Примеры Химические элементы и их соединения Геологическая обстановка 1. Газообразная (максимально подвижная) O 2 , N 2 , CO 2 , H 2 S, CH 4 , Rn, He, Ar Наземная и подземная атмосферы, природные воды, живое вещество, в меньшей степени минералы 2. Легкорастворимые соли и их ионы в растворах Na. Cl, Na 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , Zn. SO 4 , Cu. SO 4 , Na + , Cu 2+ Почва, кора выветривания, континентальные отложения и озера сухих степей и пустынь, зона окисления сульфидных месторождений, грунтовые воды районов с сухим климатом, подземные воды глубоких водоносных горизонтов (рассолы), соляные месторождения 3. Труднорастворимые соли и ионы в растворах Ca. CO 3 , Ca. SO 4 *2 H 2 O, Cu. SO 4 *Cu(OH) 2 , Pb. SO 4 Почвы, кора выветривания и континентальные отложения степей и пустынь, частично зона окисления сульфидных месторождений, грунтовые воды 4. Элементы в телах живых организмов (растения, животные, микроорганизмы) Белки, жиры, углеводы, витамины и другие органические соединения Ландшафты суши, особенно в районах с теплым и влажным климатом, тайга, степи, тундра, пустыня, моря и океаны, микроорганизмы в глубоких водоносных горизонтах 5. Коллоидные осадки и растворы Гумусовые вещества, коллоиды, осадки и гидроокислы Fe , Mn , Si , Al , частично глинистые минералы Почвы, кора выветривания, илы водоемов 6. Адсорбированные ионы (преимущественно катионы) Ca 2+ , Mn 2+ , Na + , Cu 2+ , H + , Ni 2+ , Al 3+ и другие в коллоидных растворах Почвы, кора выветривания, илы водоемов, глинистые осадочные породы, железистые и марганцевые руды, каменный уголь, торф, горючие сланцы 7. Межблочная форма в нарушениях кристаллов U Горные породы 8. Элементы в узлах кристаллической решетки минералов (изоморфные примеси) Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg Минералы горных пород

  Минералы  – это главная форма нахождения элементов в земной коре. Минералы – это главная форма нахождения элементов в земной коре. Минералы должны рассматриваться как твердые химические соединения, образующие все известные типы горных пород. В условиях Земли 90 типов химических элементов вместе образуют всего лишь около 2000 минеральных видов. Число минеральных видов, по сравнению с числом животных и растений на Земле, невелико. Это объясняется тремя основными причинами. 1. Минералы в условиях земной коры максимально устойчивы, поэтому в любой части литосферы при определенных условиях из всех возможных сочетаний атомов и ионов создаются только те, которые оптимально устойчивы. 2. Термодинамические условия земной коры ограничены определенными пределами температуры и давления, в то время как экспериментальные возможности значительно более разнообразны, когда речь идет о сочетании минералообразующих факторов. 3. Распространенность химических элементов в земной коре не одинакова. Поэтому многие элементы, в силу своих химических свойств и малой распространенности, не могут создать соединения, то есть минеральные виды (это инертные газы, некоторые редкие металлы и др. ).

  А. С. Поваренных выделил 22 химических соединения литосферы и определил число минеральных А. С. Поваренных выделил 22 химических соединения литосферы и определил число минеральных видов, соответствующих этим соединениям. Оказалось, что число кислородсодержащих минералов составляет более 70% от всего известного числа минеральных видов. Однако, если учесть массовые проценты, подсчитанные по кларкам элементов, то по данным А. Г. Бетехтина на долю кислородосодержащих минералов приходится более 88% из всех известных классов минералов. При этом только такие кислородсодержащие минералы, как кварц и силикаты, составляют 87% массы земной коры.

Минеральные виды земной коры по А. С. Поваренных. п/п Химические соединения Число минеральных видовМинеральные виды земной коры по А. С. Поваренных. п/п Химические соединения Число минеральных видов Массовые проценты 1 Силикаты 471 24, 88 2 Сульфиды и селениды 237 12, 32 3 Оксиды 176 9, 15 4 Фосфаты 172 8, 94 5 Сульфаты 162 8, 42 6 Арсенаты 110 5, 72 7 Бораты 99 5, 15 8 Карбонаты 92 4, 78 9 Гидроксиды 80 4, 16 10 Ванадаты 47 2, 44 11 Оксихлориды и оксифториды 43 2, 24 12 Простые вещества 36 1, 87 13 Другие соединения — < 1,

   Главнейшими минералообразователями земной коры являются О,  Si ,  Al Главнейшими минералообразователями земной коры являются О, Si , Al , Fe , Ca , Na , К, Mg , Ti , H , С, Mn , P и S , т. е. 14 элементов. Остальные химические элементы, за исключением С u , Zn , Pb , TR , Nb , Та, Be , As , Sb , U , или образуют небольшое число минералов, или совсем их не образуют ( Rb , Н f , I n , инертные газы, ряд радиоактивных элементов).

   Важно подчеркнуть, что способность элемента к минералообразованию во многом зависит от Важно подчеркнуть, что способность элемента к минералообразованию во многом зависит от его кларка: число минералов уменьшается с уменьшением кларков. Для элементов с кларками от 1 до 10% среднее число минералов на один элемент составляет 239, а для элементов с кларками 10 ⁻⁵− 10⁻⁶ — только 23. Однако строгой зависимости здесь быть не может в связи с влиянием химических свойств элементов. Тем не менее, роль кларков очевидна. Способность элемента к минералообразованию характеризует величина отношения числа минералов данного элемента к его кларку в земной коре. Элементы с большой способностью к минералообразованию именуются минералофильными а с малой – минералофобными.

  Химические элементы в земной коре входят в узлы кристаллических решеток минералов. Эти Химические элементы в земной коре входят в узлы кристаллических решеток минералов. Эти узлы могут быть заняты как главными элементами данного минерала, так и элементами – примесями, замещающими главные элементы в кристаллической решетке минералов. Такие примеси называются изоморфными , а само свойство элементов замещать друга в структуре минерала называется изоморфизмом.

   Выделяют изовалентный и гетеровалентный изоморфизм в структуре минералов.   Примеры Выделяют изовалентный и гетеровалентный изоморфизм в структуре минералов. Примеры изовалентного изоморфизма: Li ⁺ Na ⁺ 2+ Mg Fe (оливин, пироксены, амфиболы) Al ³ ⁺ Fe ³ ⁺ (оксиды, гранаты, эпидот) 4+ Zr Hf (циркон) При гетеровалентном изоморфизме в кристаллической решетке замещаются ионы разной 2+ валентности ( Ca Na).

  Характер изоморфизма, его направленность и интенсивность зависят от внутренних и внешних факторов. Характер изоморфизма, его направленность и интенсивность зависят от внутренних и внешних факторов. Внутренние факторы — это свойства элементов, особенности строения и размер атомов (ионов), состояние кристаллической решетки минералов и др.

  Ионные радиусы элементов, вступающих в изоморфную смесь, должны быть равны или близки Ионные радиусы элементов, вступающих в изоморфную смесь, должны быть равны или близки другу. По Гольдшмидту эта разность не должна превышать 15%. Близость ионных и атомных радиусов — не единственное условие изоморфизма. Необходима также химическая индифферентность. Например, Zr ⁴⁺ и Hf ⁴⁺ , Mg ²⁺ и Fe ²⁺ , Si ⁴⁺ и Al ³ ⁺ , Na ⁺ и Са ²⁺ не образуют между собой химических соединений и в минералах они изоморфны. А u и А l , несмотря на почти одинаковые атомные радиусы (0, 144 и 0, 143 нм) , не изоморфны, так как химически не индифферентны, образуют А u А l 2 и другие соединения. Ga ³ ⁺ и As ³ ⁺ имеют близкие радиусы (0, 062 и 0, 058 нм), однако не изоморфны в ионных кристаллах, так как образуют соединения типа Ga. As.

  Для изоморфизма необходимо также,  чтобы заменяемые атомы имели сходную природу межатомной Для изоморфизма необходимо также, чтобы заменяемые атомы имели сходную природу межатомной связи. Так, галит Na. Cl и галенит Pb. S кристаллизуется в кубических решетках с близкими параметрами (а — 0, 564 и а = 0, 594 нм). Орбитальные радиусы Na и Pb , Cl и S близки, но изоморфизма нет, так как в Na. Cl химическая связь существенно ионная, а в Pb. S — ковалентная.

  Внешние факторы : температура, давление,  концентрация вещества, из которого формировались минералы. Внешние факторы : температура, давление, концентрация вещества, из которого формировались минералы. Наиболее изучено влияние температуры. В общем случае повышение температуры приводит к большей взаимной «растворимости» элементов. Изоморфизм любой пары элементов в любом минерале повышается с температурой. Пример Na ⁺ — K ⁺. При низких температурах в условиях гипергенеза натриевые и калиевые минералы (например, галит и сильвин) существуют раздельно, не образуя смешанных кристаллов. В то же время сильвины вулканических образований всегда содержат изоморфные примеси натрия.

   Установлено, что определенному интервалу температуры соответствует определенная интенсивность изоморфизма.  Иными Установлено, что определенному интервалу температуры соответствует определенная интенсивность изоморфизма. Иными словами, зная состав минерала, можно решить обратную задачу – определить температуру, при которой он образовался. Таким образом, использование изоморфных смесей в качестве геологического термометра открывает широкие перспективы перед геологической наукой.

   Кроме изоморфизма известно явление полиморфизма , которое заключается в том, что Кроме изоморфизма известно явление полиморфизма , которое заключается в том, что одно и то же по химическому составу вещество при кристаллизации в разных условиях (при разных P и T) образует различные минеральные модификации. Примеры: графит и алмаз, кварц – тридимит – кристобалит – коэсит – стишовит. Интересен также эффект автолизации, или очистки минерала от примесей при его неоднократной перекристаллизации.

1. 3. Геохимические классификации элементов  Различные варианты классификаций элементов предложили в свое время1. 3. Геохимические классификации элементов Различные варианты классификаций элементов предложили в свое время В. М. Гольдшмидт, А. Е. Ферсман, В. И. Вернадский, А. Н. Заварицкий, Г. Вашингтон. Геохимические классификации А. Е. Ферсмана и А. Н. Заварицкого, по существу, отражают распределение элементов в эндогенных образованиях — магматических породах и их дериватах. Классификации В. М. Гольдшмидта и В. И. Вернадского носят более широкий характер, отражая поведение элементов в различных оболочках Земли.

1 1 H 2 13 14 15 16 17 2 He 2 3 Li1 1 H 2 13 14 15 16 17 2 He 2 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 3 11 Na 12 Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 4 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 5 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo (43) Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 6 55 Cs 56 Ba 57 — 71 Lan 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 7 87 Fr 88 Ra 89 — 103 Act (104) Rf (105) Db (106) Sg (107) Bh (108) Hs (109) Mt (110) Ds (111) Rg (112) Cn (113) Uut (114) Fl (115) Uup (116) Lv (117) Uus (118) Uuo Лантаноиды 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd (61) Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu Актиноиды 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U (93) Np (94) Pu (95) Am (96) Cm (97) Bk (98) Cf (99) Es (100) Fm (101) Md (102) No (103) Lr Обозначения: Атмофи льные Халько фильны е Литофи льные Сидеро фильны е редкие и отсутст вующие в природ е

   Она основана на главных геохимических свойствах элементов (способности концентрироваться в той Она основана на главных геохимических свойствах элементов (способности концентрироваться в той или другой среде, оболочке, создавать определенные химические соединения в природе) и на строении электронных оболочек атомов (ионов). Классификация была предложена в 1924 г. Согласно классификации все элементы таблицы Д. И. Менделеева подразделяются на четыре геохимические группы: литофильные, халькофильные, сидерофильные и атмофильные. В особую группу выделяются элементы биофильные , склонные концентрироваться в живых организмах.

  Литофильные элементы  (или  оксифильные) — элементы горных пород, имеют специфическое Литофильные элементы (или оксифильные) — элементы горных пород, имеют специфическое сродство с кислородом и в условиях земной коры образуют минералы — кислородные соединения (окислы, гидроокислы, соли кислородных кислот). К литофильным относятся 54 элемента, т. е. большая часть элементов периодической системы (Li, Be, B, C, O, F, Na, Mg, Al, Si, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Br, Rb, Sr, Zr, Nb, I, Cs, Ba, TR, Hf, Ta, W и др. ).

   Халькофильные элементы имеют склонность давать природные соединения с серой и ее Халькофильные элементы имеют склонность давать природные соединения с серой и ее аналогами по периодической системе — селеном и теллуром. В природе образуют сульфиды, селениды, теллуриды. Легко переходят в самородное состояние. Примерами их могут быть С u , Zn , Pb , Cd. Всего 19 элементов. Сидерофильные элементы растворяются в железных расплавах и дают сплавы с железом. Большинству сидерофильных элементов свойственно самородное состояние (Au, Co, Fe, Ge, Ir, Mo, Ni, Os, P, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sn) Атмофильные элементы — элементы земной атмосферы.

  В основу геохимической классификации элементов Вернадского положены самые общие явления истории элементов В основу геохимической классификации элементов Вернадского положены самые общие явления истории элементов в земной коре, а все частности оставлены без внимания. Самые общие явления он свел к трем основным признакам: 1) присутствие или отсутствие в истории данного химического элемента в земной коре химических или радиохимических процессов; 2) характер этих процессов: их обратимость или необратимость; 3) присутствие или отсутствие в истории химических элементов в земной коре их химических соединений или молекул, состоящих из нескольких атомов. В соответствии с этими признаками все элементы периодической системы разделяются им на шесть групп: I ) благородные газы; II ) благородные металлы; III ) циклические элементы; IV ) рассеянные элементы; V ) элементы сильно радиоактивные; VI ) элементы редких земель. Наиболее обширна группа циклических элементов, насчитывающая 44 элемента. Новым в этой классификации является то, что в ней впервые учтены радиоактивные свойства, связанные с составом и особенностями неустойчивых ядер.

 2. Химическая характеристика геосфер 2. 1. Земная кора и слагающие ее горные породы 2. Химическая характеристика геосфер 2. 1. Земная кора и слагающие ее горные породы

   Земная кора – это верхний твердый слой Земли между поверхностью планеты Земная кора – это верхний твердый слой Земли между поверхностью планеты и сейсмической границей Мохоровичича. Земная кора – наиболее активный слой твердого тела Земли, где происходят тектонические и магматические процессы, а также геохимические и биогеохимические процессы вблизи земной поверхности. В рельефе земной коры выделяется 2 части: континентальную и океаническую. Эти части земной коры отличаются как строением, так и химическим составом, а также ходом геологического развития

   А. П. Виноградов (1962) считал, что вся земная кора состоит из А. П. Виноградов (1962) считал, что вся земная кора состоит из кислых (гранит и др. ) и основных пород (базальт, габбро и др. ) в пропорции 2: 1. Расчеты Ф. Кларка, Г. Вашингтона показали, что земная кора (в пределах 1, 6 км) состоит на 95% из изверженных, 4% — метаморфических и 1% осадочных пород.

Средние содержания химических элементов в земной коре ( масс. , для благородных газов –Средние содержания химических элементов в земной коре (% масс. , для благородных газов – He , Ne , Ar , Kr , Xe значения даны в см 3 /г) Порядковый номер Элементы Кларк 1 H 0 , 11 15 P 0, 1 29 Cu 5, 3× 10 -3 2 He 6× 10 -5 16 S 3, 3× 10 -2 30 Zn 6, 8× 10 -3 3 Li 2, 5× 10 -3 17 Cl 1, 8× 10 -2 31 Ga 1, 7× 10 -3 4 Be 2× 10 -4 18 Ar 2, 2× 10 -5 32 Ge 1, 4× 10 -4 5 B 9× 10 -4 19 K 2, 13 33 As 1, 8× 10 -4 6 C 2× 10 -2 20 Ca 3, 81 34 Se 7, 3× 10 -6 7 N 2× 10 -3 21 Sc 1, 7× 10 -3 35 Br 2, 4× 10 -4 8 O 46, 5 22 Ti 0, 53 36 Kr 4, 2× 10 -9 9 F 6, 4× 10 -2 23 V 1, 2× 10 -2 37 Rb 1, 1× 10 -2 10 Ne 7, 7× 10 -8 24 Cr 9, 3× 10 -3 38 Sr 3, 7× 10 -2 11 Na 2, 38 25 Mn 9× 10 -2 39 Y 3, 2× 10 -3 12 Mg 2, 26 26 Fe 5, 33 40 Zr 1, 6× 10 -2 13 Al 8, 07 27 Co 2, 3× 10 -3 41 Nb 2, 1× 10 -3 14 Si 27, 99 28 Ni 7, 0× 10 -3 42 Mo 1, 2× 10 —

Продолжение таблицы Порядковый номер Элементы Кларк Порядковй номер Элементы Кларк 43 Tc 1, 0×Продолжение таблицы Порядковый номер Элементы Кларк Порядковй номер Элементы Кларк 43 Tc 1, 0× 10 -7 57 La 3× 10 -3 72 Hf 2, 4× 10 -4 44 Ru 4× 10 -7 58 Ce 6, 1× 10 -3 73 Ta 2, 2× 10 -2 45 Rh 5× 10 -7 59 Pr 7, 6× 10 -4 74 W 1, 4× 10 -4 46 Pd 9× 10 -7 60 Nd 3× 10 -3 75 Re 8× 10 -8 47 Ag 7, 3× 10 -6 62 Sm 7, 3× 10 -4 76 Os 2× 10 -7 48 Cd 1, 7× 10 -5 63 Eu 1, 2× 10 -4 77 Ir 6, 5× 10 -8 49 In 1, 5× 10 -5 64 Gd 7, 2× 10 -4 78 Pt 5, 7× 10 -7 50 Sn 2, 3× 10 -4 65 Tb 1, 9× 10 -4 79 Au 3, 5× 10 -7 51 Sb 3× 10 -5 66 Dy 4, 7× 10 -4 80 Hg 7, 2× 10 -6 52 Te 3× 10 -7 67 Ho 1, 5× 10 -4 81 Tl 9× 10 -5 53 I 4, 7× 10 -5 68 Er 3× 10 -4 82 Pb 1, 3× 10 -3 54 Xe 3, 4× 10 -10 69 Tm 3, 6× 10 -4 83 Bi 1, 9× 10 -5 55 Cs 4, 3× 10 -4 70 Yb 3, 1× 10 -4 90 Th 1× 10 -3 56 Ba 4, 7× 10 -2 71 Lu 9× 10 -5 92 U 2, 6× 10 —

   Распространенность химических элементов в земной коре характеризуется большой контрастностью.  При Распространенность химических элементов в земной коре характеризуется большой контрастностью. При этом крайние значения кларков отличаются в миллиарды раз. Наиболее распространенными элементами являются O , Si , Al , Fe , Ca , Na , Mg , K , Ti , H , P , Mn , F , Ba , Sr , S , Cl , Zr , Rb . Эти 20 элементов в сумме составляют 99, 5% массы земной коры, в то время как на долю остальных 72 элементов приходится только 0, 5%. Из перечисленных выше элементов 9 ( O , Si , Al , Fe , Ca , Na , Mg , K , H ) составляют качественную и количественную основу всей земной коры (98, 58%), поэтому называются породообразующими. Но главный элемент земной коры – кислород, составляющий около половины ее массы. Следовательно земная кора – это кислородная сфера.

   Кларки большинства элементов не превышают 0, 01 — 0, 0001 . Кларки большинства элементов не превышают 0, 01 — 0, 0001 %. Такие элементы называются редкими. Если они обладают слабой способностью к концентрации, то именуются редкими рассеянными ( В r , In , Ra , I , Hf , Re , Sc и др. ). Например, у U и В r кларки почти одинаковы (0, 00 26 % и 0, 00 24%), но U просто редкий элемент, так как известны его месторождения, а В r — редкий рассеянный, так как он почти не концентрируется в земной коре и известен лишь один собственный минерал этого элемента. В геохимии употребляется также термин «микроэлементы » , под которыми понимаются элементы, содержащиеся в данной системе в малых количествах (порядка 0, 01 % и менее). Так, А l — микроэлемент в организмах и макроэлемент в силикатных породах.

   С увеличением порядкового номера распространенность элементов в земной коре неравномерно убывает. С увеличением порядкового номера распространенность элементов в земной коре неравномерно убывает. Первые 26 элементов составляют 99, 74% всей земной коры. Таким образом, преобладающее значение в земной коре имеют элементы легкие с небольшими атомными весами, занимающие начальные клетки периодической системы. Другой особенностью распространения элементов в земной коре является преобладание в ней элементов с четными порядковыми номерами (правило Оддо – Гаркинса ). Четные элементы обычно более распространены, чем их нечетные соседи. Так, среди первых 26 элементов четные составляют по весу 86, 42%, а нечетные – лишь 13, 54%.

  Геохимические особенности магматических пород в значительной степени зависят от следующих факторов. Геохимические особенности магматических пород в значительной степени зависят от следующих факторов. 1. Состава источника, т. е. химического состава родоначальных пород или расплавов, а также степени плавления вещества в магматической камере. В свою очередь, состав этого источника зависит от соотношения различных типов пород в регионе, а также состава мантийного вещества. 2. Р/Т-условий выплавок. В зависимости от температуры и давления состав расплава может изменяться в широких пределах. 3. Характера процессов, происходящих в магматической камере до внедрения в близповерхностные уровни. Эти процессы могут значительно изменять состав родоначальных магм в результате фракционирования кристаллов, смешения магм, контаминации или различных комбинаций этих процессов.

  При последующем внедрении или извержении магматические породы могут изменять свой состав как При последующем внедрении или извержении магматические породы могут изменять свой состав как в результате дегазации, так и при взаимодействии с флюидами. Дело в том, что внедрение интрузивных тел часто сопровождается гидротермальной деятельностью, которая в свою очередь приводит к изменению состава самих магматических пород. Наконец, при метаморфизме магматических пород также может происходить изменение их состава.

Кларки главных типов изверженных горных пород,  (масс) Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты,  диоритыКларки главных типов изверженных горных пород, % (масс) Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты, диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ии — D H — 0, 12 0, 11 9× 10 -2 6× 10 -2 — 2 Li 7, 5× 10 -5 1, 5× 10 -3 2, 75× 10 -3 2, 6× 10 -3 3, 7× 10 -3 2, 8× 10 -3 49 Be 2× 10 -5 5, 6× 10 -6 1, 8× 10 -4 2, 1× 10 -4 3, 6× 10 -4 18 B 3× 10 -4 5× 10 -4 1, 25× 10 -3 9× 10 -4 4 C 1× 10 -2 1, 5× 10 -2 2, 5× 10 -2 3 N 7× 10 -4 1, 9× 10 -3 2, 1× 10 -3 2, 2× 10 -3 3× 10 -3 4 O 43, 1 44, 0 46, 5 48, 0 48, 7 — 1, 1 F 1× 10 -2 4× 10 -2 5, 6× 10 -2 8, 2× 10 -2 0, 12 12 Na 0, 32 1, 86 2, 78 2, 82 2, 61 4, 04 13 Mg 21, 8 4, 55 2, 15 0, 99 0, 22 0, 58 99 Al 1, 71 8, 22 8, 95 8, 33 7, 27 8, 8 5 Si 20, 0 23, 25 27, 1 31, 1 34, 23 29, 1 1, 7 P 2, 8× 10 -2 0, 135 9, 8× 10 -2 6× 10 -2 8× 10 -2 5 S 2× 10 -2 3× 10 -3 3× 10 -2 1,

Продолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты,  диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ииПродолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты, диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ии Cl 7, 4× 10 -3 8× 10 -3 1× 10 -2 1, 6× 10 -2 1, 9× 10 -2 4, 7× 10 -2 6 K 2, 2× 10 -2 0, 80 1, 71 2, 52 3, 97 4, 8 2 18 Ca 2, 28 7, 30 4, 76 2, 49 0, 71 1, 8 7 Sc 1, 2× 10 -3 3× 10 -3 1, 8× 10 -3 1, 3× 10 -3 6, 5× 10 -4 3× 10 -4 10 Ti 0, 16 1, 07 0, 61 0, 46 0, 16 0, 35 7 V 4, 2× 10 -3 2, 4× 10 -2 1, 4× 10 -2 9, 1× 10 -3 3, 8× 10 -3 3× 10 -3 8, 0 Cr 0, 20 1, 8× 10 -2 5, 4× 10 -3 2, 2× 10 -3 5, 6× 10 -4 2× 10 -4 1000 Mn 0, 13 0, 17 0, 12 7, 5× 10 -2 4, 2× 10 -2 8, 5× 10 -3 4 Fe 9, 35 8, 56 5, 36 3, 07 1, 56 3, 67 6 Co 1, 5× 10 -2 4, 8× 10 -3 1, 4× 10 -3 7, 8× 10 -3 1× 10 -4 3× 10 -4 150 Ni 0, 2 1, 4× 10 -2 4, 1× 10 -3 1, 6× 10 -3 3, 5× 10 -4 4× 10 -4 500 Cu 1× 10 -3 9, 2× 10 -3 4, 3× 10 -3 2, 9× 10 -3 1× 10 -3 5× 10 -4 18 Zn 4, 6× 10 -3 1, 1× 10 -2 7, 4× 10 -3 5, 9× 10 -3 3, 9× 10 -3 1, 3× 10 -2 3 Ga 2, 2× 10 -4 1, 6× 10 -3 1, 8× 10 -3 3× 10 —

Продолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты,  диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ииПродолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты, диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ии Ge 1, 3× 10 -4 1, 4× 10 -4 1, 3× 10 -4 4, 4× 10 -4 1× 10 -4 2, 8 As 1, 3× 10 -4 2, 2× 10 -4 1, 8× 10 -4 1, 6× 10 -4 1, 4× 10 -3 11 Se 5× 10 -6 7× 10 -6 9, 5× 10 -6 8× 10 -6 7× 10 -6 5× 10 -6 1, 6 Br 9× 10 -5 3, 5× 10 -4 4, 3× 10 -4 1, 7× 10 -4 2, 7× 10 -4 4, 8 Rb 7× 10 -5 3, 7× 10 -3 8× 10 -3 1, 2× 10 -2 1, 8× 10 -2 1, 1× 10 -2 257 Sr 7× 10 -4 4, 6× 10 -2 4, 1× 10 -2 4, 4× 10 -2 1, 5× 10 -2 2× 10 -2 66 Y 2× 10 -4 2, 3× 10 -3 2, 5× 10 -3 3, 6× 10 -3 5× 10 -3 1, 7× 10 -3 25 Zr 4, 3× 10 -3 1, 3× 10 -2 1, 7× 10 -2 1, 4× 10 -2 1, 8× 10 -2 5× 10 -2 12 Nb 1, 3× 10 -3 1, 9× 10 -3 1, 5× 10 -3 2, 1× 10 -3 3, 5× 10 -3 2, 7 Mo 3× 10 -5 1, 4× 10 -4 1× 10 -4 1, 5× 10 -4 1, 1× 10 -4 5 Pd 5× 10 -6 1, 6× 10 -6 n × 10 — 7 — — Ag 6 × 10 — 6 1 , 1 × 10 -5 9× 10 -6 5, 6× 10 -6 3, 8× 10 -6 n × 10 — 6 2, 9 Cd 5× 10 -6 1, 9× 10 -5 1, 5× 10 -5 1, 1× 10 -5 1, 7× 10 -5 1, 3× 10 -5 3, 8 In 1× 10 -6 2× 10 -5 3, 1× 10 -5 1, 7× 10 -5 2, 2× 10 -5 —

Продолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты,  диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ииПродолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты, диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ии Sn 5× 10 -5 4× 10 -4 1, 2× 10 -4 1, 9× 10 -4 3× 10 -4 — 8 Sb 2× 10 -5 3, 4× 10 -5 2, 1× 10 -5 2× 10 -5 2, 2× 10 -4 11 Te 1× 10 -7 1× 10 -7 — 1 I 3× 10 -5 5× 10 -5 4× 10 -5 5× 10 — 2, 7 Cs 1× 10 -5 1× 10 -4 1, 4× 10 -4 2, 2× 10 -4 5× 10 -4 6× 10 -5 50 Ba 8× 10 -5 2, 9× 10 -2 4, 1× 10 -2 5, 6× 10 -2 7, 5× 10 -2 0, 16 2000 La 3, 9× 10 -4 1, 7× 10 -3 2, 1× 10 -3 5, 1× 10 -3 4, 8× 10 -3 4, 5× 10 -3 13 Ce 8, 6× 10 -4 4, 8× 10 -3 4, 5× 10 -3 7, 2× 10 -3 9, 5× 10 -3 11 Pr 1, 4× 10 -4 5× 10 -4 4, 7× 10 -4 6, 4× 10 -4 7, 4× 10 -4 1× 10 -3 7, 1 Nd 4, 8× 10 -4 2, 2× 10 -3 2, 3× 10 -3 3, 1× 10 -3 4, 2× 10 -3 8, 8 Sm 8, 3× 10 -5 5, 3× 10 -4 4, 7× 10 -4 8, 2× 10 -4 7, 5× 10 -4 1× 10 -3 12 Eu 2, 4× 10 -5 1, 3× 10 -4 1, 1× 10 -4 1, 4× 10 -4 1, 8× 10 -4 7, 5 Gd 9, 3× 10 -5 5, 2× 10 -4 5, 4× 10 -4 1, 4× 10 -4 6, 8× 10 -4 1× 10 -3 11 Tb 2× 10 -5 8, 3× 10 -5 9, 4× 10 -5 1, 3× 10 -4 1, 1× 10 -4 1, 6× 10 —

Продолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты,  диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ииПродолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты, диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ии Dy 2, 8× 10 -5 2, 5× 10 -4 5, 2× 10 -4 5× 10 -4 7× 10 -4 25 Ho 1, 6× 10 -5 9, 9× 10 -5 1, 1× 10 -4 1, 9× 10 -4 1, 3× 10 -4 2× 10 -4 13 Er 3, 5× 10 -5 2, 2× 10 -4 2, 5× 10 -4 3, 8× 10 -4 3, 1× 10 -4 4, 4× 10 -4 13 Tm 6× 10 -6 2, 5× 10 -5 3× 10 -5 4, 4× 10 -5 7, 3 Yb 4, 8× 10 -5 2× 10 -4 2, 4× 10 -4 3, 6× 10 -4 4, 3× 10 -4 9, 0 Lu 6, 8× 10 -6 5× 10 -5 8× 10 -5 1, 1× 10 -4 9× 10 -5 1, 2× 10 -4 17 Hf 4, 6× 10 -5 2, 6× 10 -4 2, 1× 10 -4 2, 5× 10 -4 3, 9× 10 -4 1, 1× 10 -3 24 Ta 4, 1× 10 -5 7, 4× 10 -5 9, 5× 10 -5 2, 8× 10 -4 3, 6× 10 -4 2, 1× 10 -4 8, 8 W 3× 10 -5 8× 10 -5 1, 1× 10 -4 1, 6× 10 -4 2, 2× 10 -4 1, 3× 10 -4 7, 3 Re — 6× 10 -8 — n × 10 — 8 6× 10 -8 3× 10 -8 — Os — 5 × 10 — 8 — n × 10 — 9 4 × 10 — 9 n × 10 — 9 — Ir — 2, 6× 10 -8 — n × 10 — 9 9× 10 -9 n × 10 — 9 — Pt 1. 4 × 10 — 5 7 × 10 — 6 — — 8 × 10 — 7 — — Au 6 × 10 — 7 3 , 5 × 10 — 7 2 , 8 × 10 -7 2, 8× 10 -7 2, 7× 10 -7 2× 10 -7 3,

Продолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты,  диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ииПродолжение таблицы Элементы Ультрабазиты Базиты Андезиты, диориты Гранодиориты Граниты Сиениты Степень дифференциа-ц ии Hg 7× 10 -7 7× 10 -6 2, 1× 10 -8 5, 2× 10 -6 6× 10 -6 n × 10 — 6 10 Tl 1, 5× 10 -5 1, 8× 10 -5 2, 5× 10 -3 8, 6× 10 -5 1, 9× 10 -4 1, 4× 10 -4 13 Pb 4, 6× 10 -5 6× 10 -4 1, 1× 10 -3 1, 5× 10 -3 1, 9× 10 -3 1, 2× 10 -3 41 Bi 4, 6× 10 -7 7× 10 -7 9× 10 -7 1× 10 -6 — 47 Th 4× 10 -7 3, 2× 10 -4 6× 10 -4 9, 9× 10 -4 1, 8× 10 -3 1, 3× 10 -3 4500 U 1, 4× 10 -7 8× 10 -5 2, 2× 10 -4 2, 7× 10 -4 3, 9× 10 —

   Около половины всех элементов (в их числе большая часть наиболее распространенных Около половины всех элементов (в их числе большая часть наиболее распространенных в земной коре) отличаются относительно небольшим разбросом кларков ( D 100) выражена у небольшой группы элементов, в составе которой три – наиболее распространенных ( K , Rb , Ba ). Выделяются также группы элементов с близкими кларками в кислых и основных породах – Ga , Ge , As , Se , Te , Re , Sr , Nb , Cd и др. , которых больше в кислых породах, чем в основных – Li , Be , Rb , Ta , Th , U и которые более характерны для основных пород — Mg , P , Sc , V , Cr , Co , Ni , Cu , Pt и др.

   Ультраосновные породы (дуниты, пироксениты и др. ) по мнению  большинства Ультраосновные породы (дуниты, пироксениты и др. ) по мнению большинства петрологов и геохимиков, имеют мантийное происхождение. Ультраосновные расплавы характеризуются низким потенциалом кислорода, содержат углеводородные флюиды. В этих породах обнаружен свободный водород, преобладает закисное железо, обнаружены недоокисленные формы титана (Ti³ ⁺ ), углерод. Все это указывает на восстановительные условия ультраосновной магмы. Ультраосновная магма содержит сравнительно мало водяных паров, она недосыщена Н ₂ О. Формулы наиболее характерных минералов этих пород – оливина и пироксена – не содержат компонентов воды. С ультраосновными породами связаны месторождения хромита, платины, титаномагнетитов, алмазов.

   От типичных изверженных пород земной коры, гранитов и базальтов,  От типичных изверженных пород земной коры, гранитов и базальтов, ультрабазиты отличаются резко повышенным содержанием магния, хрома и никеля, пониженным содержанием кремния, низким – алюминия, натрия, калия и титана. Сравнение ультрабазитов с гипотетическим средним составом земной коры (2/3 кислых пород + 1/3 основных) позволяет установить по величинам кларков концентрации «ряды мантийности элементов» : Ni > Cr > Mg > Co > Fe > Mn > Au > (О, Si, Ge, Se, Ag, Te) > (C, Sc, V) > Cd > Cu > (N, Cl, As) > (Na, S, Ca, Br) > (P, Zr, Mo, Sn, Sb) > F > Hg > Bi > (Ti, Ga) > (B, W) > (Be, Al, Nb, In) > Sr > Cs > I > Li > (K, Rb) > Tl > Ta > Pb > (Ba, U) > Th. Наибольшей «мантийностью» характеризуются Ni, Cr, Mg, Co, Fe, Mn, наименьшей (из включенных в расчет) – Pb, Ba, U, Th. Характерными микроэлементами являются также платина и платиноиды.

    Основные породы (базальты, габбро) .  Происхождение основной магмы большинство Основные породы (базальты, габбро) . Происхождение основной магмы большинство петрологов и геохимиков связывают с процессами выплавления вещества мантии. Сравнение кларков основных пород с кларками земной коры позволило установить следующие ряды концентрации элементов: Ni > [Sc, Сг Со] > M o > [Ca, V, Cu] > [Ti, Mn , Sb] > Fe > [P, Zn, Cd] > [Br, Mo, Pd, Ag] > Sr > I > As > [Al, Ge, Hg] > [Se, Те, Hf, Re] > [N, O, Ga, La, Au] > In > Si > [Na, W, Bi] > Y >S > Sn > Zr > F > [C, Pb] > Li > Ba > B > K > Rb >Cl > Cs > Th > [T l , U] > Ta > Be. Для основных пород характерна концентрация Ni, Cr, Co, Mg, Мn. Это сближает их с ультраосновными породами. Специфическими элементами являются Se, Са, V, С u , Ti, Sb, F, Р, Zn, Cd. Наименее характерны для этой магмы Be, Та, U, Tl, Th, Cs, Cl, Rb, К, В.

   Как показали многочисленные исследования, основные изверженные породы, сформировавшиеся в различных геодинамических Как показали многочисленные исследования, основные изверженные породы, сформировавшиеся в различных геодинамических обстановках, характеризуются специфическим химическим составом. Данное обстоятельство позволяет использовать геохимические особенности базитов при палеогеодинамических реконструкциях. В качестве подобных методик, заслуживающих внимания, можно назвать геохимические диаграммы Пирса, Добрецова, Кутолина, Маллена, Лутца и др. С продуктами дифференциации основной магмы связано образование медноникелевых (Норильск, Кольский полуостров), титано-магнетитовых (Урал) и других рудных месторождений.

  Кислые породы (граниты, гранитоиды) очень разнообразны по химическому составу , что связывают Кислые породы (граниты, гранитоиды) очень разнообразны по химическому составу , что связывают с представлениями о полигенетичности гранитоидов. Однако, в независимости от способа образования гранитоиды имеют ряд общих черт. В отличие от пород протокристаллизации, в гранитах накапливаются многие нечетные элементы, ионы с валентностью 1 и 3 ( Na ⁺ , К ⁺ , Rb ⁺ , Cs ⁺ Cl ⁻ , F ⁻ , Al³ ⁺ и др. ). Сравнение кларков концентрации дает следующий ряд элементов по тенденции накопления в гранитоидах в целом: La > Tl > Be > Cl > U > Th >> ( К, Cs) > Rb > Ва > С > (РЬ, Li, В) > ( Sn, F) > Zr > >Y > W > (Na, Bi) > Si > (Ga, N, Au) > In > O > (Ge, Se, Nb, Mo, Те, I, Hf) > (Hg, Al) >> (As, Sr) > S > Br > P > Zn > Ag > Mn > Fe > Ca > Sb > Ti > V > Cu > (Sc, Mg, Cr) > Co > Ni. Многие гранитоиды содержат повышенные количества рудных элементов, поэтому они получили наименование редкометальных, оловоносных, вольфрамоносных и т. д.

   Пегматиты.  Они могут быть производными магмы любого состава –кислого, основного, Пегматиты. Они могут быть производными магмы любого состава –кислого, основного, ультраосновного, щелочного. Наиболее распространены и практически важны гранитные пегматиты, которые являются источниками тантала, лития, цезия, пьезокварца и другого ценного сырья. Пегматиты, связанные со щелочной магмой, представляют практический интерес как месторождения ниобия и редких земель. Пегматиты основных и ультраосновных пород (габбропегматиты) значительно менее распространены, практическое значение их невелико. Геохимические исследования пегматитов были начаты А. Е. Ферсманом. Он писал: « Гранитным пегматитом… мы называем жильное тело, в своей основе связанное с магматическим гранитным остатком, главная часть кристаллизации которого лежит в пределах 700– 350°С и которое характеризуется сходством минеральных составных частей с материнской породой, значительной величиной кристаллических индивидуумов, большей или меньшей одновременностью кристаллизации, повышенным содержанием некоторых определенных летучих и подвижных компонентов, а также накоплением рассеянных элементов остаточного расплава» .

   По валовому составу пегматитовый расплав близок к гранитной магме. Отличается от По валовому составу пегматитовый расплав близок к гранитной магме. Отличается от нее только несколько повышенным содержанием кислорода (по А. Е. Ферсману, в среднем 50, 83 %), очень низким содержанием магния (0, 06 %), накоплением летучих, ряда редких и рассеянных элементов. Особенно характерно накопление редких ионов больших (Cs, Rb, T l и др. ) или очень малых (Be) размеров. Важной геохимической особенностью гранитных пегматитов является также концентрация радиоактивных элементов – U, Th, К, Rb. .

  Щелочные породы составляют приблизительно 0, 5  массы земной коры. С ними Щелочные породы составляют приблизительно 0, 5 % массы земной коры. С ними связаны месторождения апатита, нефелина, ниобия и других редких элементов. Крупнейший в мире щелочной массив – Хибинский. Щелочные породы известны также на Урале, в Восточной Сибири, Приазовье, Туве, а за пределами России – в Гренландии, Южной и Восточной Африке и других районах. Для щелочной магмы характерно высокое содержание Na и К (до 15 % против 5– 7 % в гранитоидах и 3– 4 % в базальтах). Количество Si. О ₂ понижено, и породы не содержат кварца. По петрологической кислотности (содержанию Si. O ₂ ) одни щелочные породы близки к ультраосновным (40 % Si. O ₂ ), другие – к основным и средним.

   Для отдельных представителей щелочных пород характерна концентрация редких щелочей, Са и Для отдельных представителей щелочных пород характерна концентрация редких щелочей, Са и Sr, Ti, Zr, Hf, Th, Nb и Та, U, Ga, TI, P, F и Cl. Судя по резкому преобладанию трехвалентного железа над двухвалентным, наличию Се. О ₂ (а не Се ₂ О ₃ ) в некоторых видах щелочной магмы господствует относительно окислительная обстановка (уртит, луяврит, хибинит и др. ). Однако известны щелочные породы, формировавшиеся и в более восстановительных условиях – (нефелинит), когда Fe ²⁺ > Fe³ ⁺. Богатство магмы Na ⁺ и К ⁺ определило щелочную обстановку минералообразования.

    Вопросы генезиса щелочных пород решаются с разных позиций.  Вопросы генезиса щелочных пород решаются с разных позиций. Намечаются три вероятных способа: 1. Дифференциация базальтовой магмы. Образуются существенно нефелиновые породы – уртиты. 2. Выплавка из мантии. К этой группе относятся месторождения апатитов и щелочных пород с ниобиевыми, циркониевыми, редкоземельными рудами, а также карбонатиты. 3. В результате воздействия мантийных щелочных растворов и эманаций на гранитоиды и осадочно-метаморфические породы. При этом происходит нефелинизация и альбитизация пород – образование нефелиновых сиенитов и альбититов, которые также местами обогащаются редкими металлами.

  С щелочными породами генетически связаны карбонатиты.  Это  существенно карбонатные породы, С щелочными породами генетически связаны карбонатиты. Это существенно карбонатные породы, состоящие из кальцита, доломита и анкерита. Сначала карбонатиты принимали за осадочные известняки или скарны; затем было доказано их магматическое происхождение. В карбонатитах известны апатит- магнетитовые и редкометально-редкоземельные руды. Некоторые карбонатиты содержат промышленные залежи флогопита. Особенно ценен ниобий, входящий в состав пирохлора – (Na, Ca) ₂ (Nb, Та, Тi) ₂ О ₆ (ОН, F, О). Содержание ниобия достигает 0, 1 %, иногда целых процентов. Карбонатитовые ниобиевые руды найдены в России, Восточной и Южной Африке, Канаде.

   Геохимическая специализация осадочных пород  определяется многими факторами.  Химический состав Геохимическая специализация осадочных пород определяется многими факторами. Химический состав питающих провинций является, вероятно, наиболее важным в контроле состава осадочных пород. В свою очередь состав провинции является функцией геодинамической обстановки ее формирования. Условия выветривания также могут вносить свою лепту в геохимические особенности осадочных пород. Здесь ведущая роль принадлежит климату. Значительные изменения химизма пород могут иметь место в процессе переноса осадочных частиц: некоторые примесные элементы концентрируются в глинистой составляющей и во фракции тяжелых минералов с соответствующим обеднением существенно кварцевой фракции.

  Изменения химизма будут также определяться обстановкой осадконакопления , которая в большой степени Изменения химизма будут также определяться обстановкой осадконакопления , которая в большой степени контролируется скоростью опускания. Химические и биохимические процессы, контролирующие растворимость элементов в морской воде и подводное выветривание, также важны в изменении составов некоторых типов осадков. Наконец, постседиментационные, в частности диагенетические процессы, во многом определяют геохимическую специфику осадочных пород.

Сравнение среднего химического состава магматических (а,  b ) и осадочных ( c ,Сравнение среднего химического состава магматических (а, b ) и осадочных ( c , d ) горных пород, %

Кларки главных типов осадочных пород (10 -4 вес. ) Элементы Глины,  глинистые сланцыКларки главных типов осадочных пород (10 -4 вес. %) Элементы Глины, глинистые сланцы Пески и песчаники Карбонатные породы Степень диффе-ренциа ции D = Глубоко-водн ые глины Глубоко-водн ые карбонаты H 4300 3500 2700 1, 6 — — Li 46 25 14 3, 3 74 5 Be 2, 8 1, 4 0, 4 7, 0 2, 6 0, n B 110 26 37 4, 2 230 55 C 14000 9300 9790 11 — — N 580 120 390 4, 8 — — O 484600 498000 491200 1, 0 — — F 610 330 1, 8 1300 540 Na 10200 13900 2200 6, 3 40000 20000 Mg 16500 11200 34500 3, 1 21000 4000 Al 88600 59600 11800 7, 5 84000 20000 Si 268800 314200 59200 5, 3 250000 32000 P 790 620 480 1, 6 1500 350 S 3600 1900 2500 1,

Продолжение таблицы Элементы Глины,  глинистые сланцы Пески и песчаники Карбонат-ные породы Степень диффе-ренциаПродолжение таблицы Элементы Глины, глинистые сланцы Пески и песчаники Карбонат-ные породы Степень диффе-ренциа ции D = Глубоко-водн ые глины Глубоко-водн ые карбонаты Cl 850 590 530 1, 6 21000 K 27300 17600 4600 5, 9 25000 2900 Ca 22100 28300 274300 12 29000 312000 Sc 15 5, 4 1, 7 8, 8 190 2 Ti 5100 3500 790 6, 4 4600 770 V 120 75 49 2, 6 120 20 Cr 76 55 20 3, 8 90 11 Mn 970 600 710 1, 6 6700 1000 Fe 47100 32100 10900 4, 3 65000 9000 Co 19 13 5, 1 3, 7 740 7 Ni 47 32 19 2, 5 225 30 Cu 36 31 21 1, 7 250 30 Zn 52 57 5 11 165 35 Ga 16 10 5 3,

Продолжение таблицы Элементы Глины,  глинистые сланцы Пески и  песчаники Карбонат-ные породы СтепеньПродолжение таблицы Элементы Глины, глинистые сланцы Пески и песчаники Карбонат-ные породы Степень диффе-ренциа ции D = Глубоко-водн ые глины Глубоко-водн ые карбонаты Ge 2 1, 1 0, 36 5, 6 2 0, 2 As 9, 3 7, 2 4, 4 2, 1 13 1 Se 0, 36 0, 10 0, 27 3, 6 0, 17 Br 57 48 5, 8 9, 8 70 70 Rb 130 80 24 5, 4 110 10 Sr 240 220 380 1, 7 180 200 Y 31 29 30 1, 1 90 42 Zr 190 230 51 4, 5 150 20 Nb 11 6, 4 0, 8 14 14 4, 6 Mo 1, 6 1, 5 1, 6 1, 0 27 3 Ag 0, 2 0, 019 0, 046 10 0, 11 0, 0 n Cd 1 0, 74 0, 47 2, 1 0, 42 0, 0 n In 0, 06 0, 03 0, 009 7, 0 0, 075 0, 0 n Sn 3, 5 2, 8 1, 6 2, 2 1, 5 0, 0 n

Продолжение таблицы Элементы Глины,  глинистые сланцы Пески и  песчаники Карбонат-ные породы СтепеньПродолжение таблицы Элементы Глины, глинистые сланцы Пески и песчаники Карбонат-ные породы Степень диффе-ренциа ции D = Глубоко-водн ые глины Глубоко-водн ые карбонаты Sb 1 2, 6 2, 5 2, 6 1 0, 15 I 1, 2 1 1, 2 0, 05 Cs 10 6, 7 3, 6 2, 8 6 0, 4 Ba 460 370 360 1, 3 2300 190 La 48 20 7 6, 9 120 10 Ce 75 39 12 6, 2 350 35 Pr 10 4, 3 2, 6 3, 8 33 3, 3 Nd 36 16 6, 6 5, 4 140 14 Sm 8 3, 8 1, 9 4, 2 38 3, 8 Eu 1, 2 0, 84 0, 5 2, 4 6 0, 6 Gd 5, 8 2, 8 1, 5 3, 9 38 3, 8 Tb 0, 83 0, 70 0, 38 2, 2 6 0, 6 Dy 4, 4 2, 9 1, 5 27 2, 7 Ho 0, 7 1, 9 0, 35 5, 4 7, 5 0,

Продолжение таблицы Элементы Глины,  глинистые сланцы Пески и  песчаники Карбонат-ные породы СтепеньПродолжение таблицы Элементы Глины, глинистые сланцы Пески и песчаники Карбонат-ные породы Степень диффе-ренциа ции D = Глубоко-водн ые глины Глубоко-водн ые карбонаты Er 1, 9 2, 3 0, 75 3, 1 15 1, 5 Tm 0, 6 1, 7 0, 14 12 1, 2 0, 1 Yb 2, 5 1, 8 0, 9 13 15 1, 5 Lu 0, 39 0, 83 0, 11 7, 5 4, 5 0, 5 Hf 5 4, 5 0, 61 8, 2 4, 1 0, 41 Ta 1, 4 1 0, 1 14 0, 05 0, 0 n W 2, 6 1, 2 2, 2 — — Au 0, 0065 0, 0083 0, 0026 3, 2 — — Hg 0, 089 0, 049 0, 038 2, 3 — — Tl 1, 3 0, 8 0, 06 22 — — Pb 14 14 7 2, 0 — — Bi 0, 38 0, 20 0, 05 7, 6 — — Th 10 7, 8 2, 4 4, 2 — — U 4, 5 2, 3 2, 1 2, 4 — —

  Среди различных типов осадочных пород особое место занимают глинистые породы (глинистые сланцы, Среди различных типов осадочных пород особое место занимают глинистые породы (глинистые сланцы, глубоководные глины), которые относительно песчаных и карбонатных обогащены широким спектром микроэлементов: Li , Be , B , Sc , V , Cr , Co , Ni , Cu , Zn , Ba и др. Причина этого в том, что большая часть присутствующих в породе микроэлементов прочно связана с глинистыми минералами, которые одновременно являются и носителями, и концентраторами этих элементов. Таким образом, содержание микроэлементов в любой осадочной породе в значительной мере будет определяться количеством в ней глинистой фракции.

Коэффициент концентрации элементов в глинах относительно песчаников Коэффициент концентрации элементов в глинах относительно песчаников

   Для осадочные пород, так же как и изверженные, характерна относительно высокая Для осадочные пород, так же как и изверженные, характерна относительно высокая степень геохимической дифференциации, что подтверждается широким разбросом значений D элементов в различных типах пород. Однако, если сравнить эти породы по средней величине этого коэффициента (в изверженных породах D =189, в осадочных – 5), то окажется, что в целом осадочные образования геохимически значительно более однородны, чем изверженные. Важно также отметить, что с возрастом (по мере движения вверх по геохронологической шкале) степень геохимической однородности осадочных пород увеличивается).

  Метаморфизмом называется совокупность изменений горных пород под воздействием глубинных трансмагматических  растворов(флюидов), Метаморфизмом называется совокупность изменений горных пород под воздействием глубинных трансмагматических растворов(флюидов), ориентированного (одностороннего) и гидростатического (всестороннего) давления и температуры, выражающихся в минеральном, структурном преобразовании горных пород. Метаморфизм, при котором происходит привнос или вынос вещества и замещение одних минералов другими, называется метасоматозом. Метаморфизм, протекающий хотя бы с частичным плавлением исходной породы, именуется ультраметаморфизмом. Метаморфизм горных пород происходит под влиянием трех важнейших факторов: температуры окружающей среды, давления и концентрации ряда веществ в горных породах. В зависимости от ведущего значения того или другого фактора выделяют следующие виды метаморфизма горных пород.

  Контактовый метаморфизм.  Процессы  контактового метаморфизма протекают тем  интенсивнее, Контактовый метаморфизм. Процессы контактового метаморфизма протекают тем интенсивнее, чем выше температура и чем большую роль играют летучие компоненты. Основные магматические породы в период своего становления имеют бо ’ льшую температуру, чем кислые(граниты), но они не дают обширных контактовых зон, так как они более бедны летучими компонентами. Основные интрузии, в отличие от гранитов, приводят к образованию узких контактовых зон, в которых изменения зачастую сводятся лишь к обычной закалке. Интенсивность контактового метаморфизма также зависит от состава горных пород, в которые внедряются интрузии.

  Динамометаморфизм – метаморфизм,  обусловленный давлением (главный фактор). В него входит кластический Динамометаморфизм – метаморфизм, обусловленный давлением (главный фактор). В него входит кластический метаморфизм и метаморфизм нагрузки. Динамометаморфизм заключается в динамических преобразованиях горных пород и минералов. Кластический метаморфизм приводит к разрывным деформациям пород с дроблением минеральных индивидов. Происходит образование катаклазитов и милонитов. Несмотря на то, что динамометаморфизм играет важную роль в петрологии и структурной геологии, в геохимическом аспекте его роль ничтожна. Динамические процессы метаморфизма не приводят к значительным миграциям элементов. Они могут лишь замедлять или ускорять реакции, имеющие место при контактовом или региональном метаморфизме.

   Региональный метаморфизм – метаморфизм,  обширно  проявляющийся в пространстве и Региональный метаморфизм – метаморфизм, обширно проявляющийся в пространстве и происходящий на глубинах под воздействием термодинамических факторов. Он проявляется обычно на больших площадях орогенных поясов, что дает право, по мнению Н. Г. Судовикова, называть его также орогенным метаморфизмом. Таким образом, при региональном метаморфизме погружение толщ горных пород на глубину тектонически активных зон с повышенным тепловым потоком создает благоприятные условия для нарушения в породах физико-химического равновесия и для их минерально-структурной перестройки. При резком повышении теплопотока региональный метаморфизм переходит в ультраметаморфизм, которому свойственно появление расплава. Проблема миграции вещества при региональном метаморфизме.

  Как показали многочисленные исследования в регионах с прогрессивной метаморфической зональностью закономерные преобразования Как показали многочисленные исследования в регионах с прогрессивной метаморфической зональностью закономерные преобразования минерального состава исходных вулканогенных и осадочных пород, происходящие в процессе регионального метаморфизма, почти не затрагивают их химической субстанции. Систему регионального метаморфизма следует признать открытой лишь для весьма ограниченного числа наиболее мобильных и химически активных компонентов, таких, как вода, углекислота, сера, хлор, бор, ртуть, кадмий, таллий и висмут.

   В отдельных регионах или геохимических провинциях кларки химических элементов могут существенно В отдельных регионах или геохимических провинциях кларки химических элементов могут существенно отличаться от глобальных кларков, определяя специфику геохимической провинции. В этой связи в практику геохимических исследований введено понятие региональные кларки.

Среднее содержание некоторых рудообразующих элементов в земной коре Забайкалья,  (масс. ) Элемент ыСреднее содержание некоторых рудообразующих элементов в земной коре Забайкалья, % (масс. ) Элемент ы Гранит-ос адочная зона К 1 -1 Диорит-мет аморфическ ая зона К 1 -2 Базальтовая зона К 1 -3 Земная кора Забайкалья К 1 Земная кора в целом К 0 Отклонен ие от К 0 , % Степень дифференциац ии К max / К min Sn 6. 4*10 -4 4, 9 *10 -4 1, 1 *10 -4 2, 6 *10 -4 2. 3*10 -4 +13 6 Mo 1. 4*10 -4 2, 1 *10 -4 1, 4 *10 -4 1. 2*10 -4 +17 1 Pb 2. 26*10 -3 1, 76 *10 -3 7, 5 *10 -4 1, 14 *10 -3 1. 3*10 — 3 -12 3 Zn 4. 74*10 -3 3, 28 *10 -3 3, 52 *10 -3 3, 46 *10 -3 6. 8*10 — 3 -49 1. 5 Cu 2. 63*10 -3 2, 38 *10 -3 2, 46 *10 -3 2, 44 *10 -3 5. 3*10 — 3 -43 1 As 2. 06*10 -3 1, 97 *10 -3 1, 4 *10 -4 8, 1 *10 -4 1. 8*10 -4 +350 15 Be 5*10 -4 2, 7 *10 -4 7 *10 — 5 1, 5 *10 -4 2*10 -4 -25 7 Li 3. 64*10 -3 2, 62 *10 -3 1, 23 *10 -3 1, 73 *10 -3 2. 5*10 — 3 -31 3 Nb 1. 3*10 -3 7 *10 -4 8, 3 *10 — 3 2. 1*10 — 3 +300 2 B 6. 17*10 — 3 9, 26 *10 -3 1, 42 *10 -3 4, 18 *10 -3 9 * 10 — 4 -54 7 F 2. 23*10 -2 5, 19 *10 — 2 4, 25 *10 — 2 4, 51 *10 — 2 6. 4*10 — 2 +30 2 V 5. 29*10 -3 6, 96 *10 -3 6, 65 *10 -3 6, 71 *10 — 2 1. 2*10 — 2 +459 1. 3 Co 7. 23*10 -4 1, 05 *10 -3 7, 6 *10 -4 8, 1 *10 — 3 2. 3*10 — 3 +352 1. 4 Cr 5. 64*10 -3 6, 26 *10 -3 8, 05 *10 -3 6, 48 *10 -3 9. 3*10 — 3 -30 1. 4 Ni 1. 54*10 -3 2, 63 *10 -3 4, 39 *10 -3 3, 68 *10 -3 7. 0*10 — 3 —

   Необходимо отметить не только теоретическое,  но и большое практическое значение Необходимо отметить не только теоретическое, но и большое практическое значение кларков, в частности прогнозной оценке отдельных территорий на выявление месторождений тех или иных металлов. Дело в том, что как показано Л. Н. Овчинниковым, между средними содержаниями химических элементов в земной коре и запасами этих элементов в месторождениях, а также содержаниями в рудах существует прямая зависимость. Следовательно, масштабы накопления металлов в рудных месторождениях определяются степенью их распространения в земной коре. Причем, зависимость накопления металла в месторождениях от их кларков проявляется не только в глобальном масштабе, но и в пределах отдельных регионов и рудных провинций.

  Важно отметить, что не только степень концентрации металлов в рудных месторождениях, но Важно отметить, что не только степень концентрации металлов в рудных месторождениях, но и их рассеяние, т. е. любое перемещение в природе, зависит от кларка. Так, в частности, пропорциональны кларкам количества металлов, ежегодно выпадающих с континентальной и вулканической пылью, а также выносимых с речным стоком. Аналогичная зависимость наблюдается и в случае техногенной миграции.

Рис. 2 Соотношение между Кларками (К) и количествами металлов (П),  ежегодно выпадающих сРис. 2 Соотношение между Кларками (К) и количествами металлов (П), ежегодно выпадающих с континентальной и вулканической пылью (Л. Н. Овчинников, 1990)

2. 2. Педосфера   Почва - уникальная природная система. Главное свойство почвы -2. 2. Педосфера Почва — уникальная природная система. Главное свойство почвы — неразрывная связь входящих в нее живых и неживых (косных) компонентов. Их искусственное разделение делает невозможным существование почвы и полностью ее разрушает как систему. В. И. Вернадский удачно назвал почву «биокосным телом». Почва — такой же компонент природной среды Мировой суши как горные породы, воды, растительность и др. Вместе с тем, почва является результатом их взаимодействия. Изменение одного или нескольких из этих компонентов влечет за собой соответствующее изменение почвы. Поэтому каждому природному ландшафту соответствует определенная почва.

    Состав почвы весьма сложен. В ней имеется твердая,  жидкая Состав почвы весьма сложен. В ней имеется твердая, жидкая (почвенный раствор) и газовая (почвенный воздух). Твердая фаза представляет собой полидисперсную систему, в которой присутствуют относительно крупные обломки исходных горных пород размером более 0, 01 мм, высокодисперсные минеральные частицы глин размером менее 1 мкм, минеральные новообразования, возникшие в процессе формирования профиля почвы. Почва состоит не только из минеральных, но и из органических соединений. Но главное своеобразие почвы в том, что среди ее разнородных компонентов есть живые организмы.

   Металлы      Почвы, образованные в суглинках в Металлы Почвы, образованные в суглинках в песках Mn 832 272, 1 Cu 7, 8 4, 2 Ni 16, 7 Co 5, 5 3 V 38, 9 17, 7 Cr 53, 3 32, 9) Средняя концентрация тяжелых металлов в почвах Белоруссии, образованных на суглинках и песках , мкг/г (В. В. Дубиковский, 1975)

  На основании имеющихся данных ориентировочные средние  значения концентраций тяжелых металлов в На основании имеющихся данных ориентировочные средние значения концентраций тяжелых металлов в органическом веществе педосферы составляют (мкг/г сухого вещества): железа — 200 — 300; марганца — 30; цинка — 25; ванадия — 3; хрома — 4; меди — 3; свинца — 2; никеля — 4; кобальта — 1; молибдена — 0, 5; кадмия — 0, 3; ртути -0, 1.

2. 3. Гидросфера – оболочка Земли, состоящая из соленой (моря, океаны), пресной (реки, озера,2. 3. Гидросфера – оболочка Земли, состоящая из соленой (моря, океаны), пресной (реки, озера, водохранилища), твердой (снежный покров, ледники) и парообразной вод. Основную массу водной оболочки Земли образуют соленые воды Мирового океана , покрывающие 2 /з поверхности Земли. Их объем примерно равен 1379 ∙ 10 6 км 3 , в то время как объем всех вод суши (включая ледники и подземные воды до глубины 5 км) — менее 90 ∙ 10 6 км 3. Так как океанические воды составляют около 93% всех вод биосферы, можно считать, что их химический состав определяет основные черты состава гидросферы в целом. ы

   В отличие от литосферы с пестрым химическим составом слагающих ее пород, В отличие от литосферы с пестрым химическим составом слагающих ее пород, состав океанической воды более или менее постоянен. Для определения общего количества растворенных в морской воде веществ введено понятие солености. Это общая масса растворенных веществ в граммах в 1000 г морской воды. Она обозначается знаком ‰ (промилле). Средняя соленость морской воды Мирового океана равна 35 ‰.

   К главным ионам морской воды относятся:  Cl ⁻ , К главным ионам морской воды относятся: Cl ⁻ , SO ₄ ² ⁻ , Na ⁺ , Mg² ⁺ , Ca² ⁺ и K ⁺. Среди других отметим: Br , F , ( HCO ₃ ˉ + CO ₃ ² ⁻ ) и Sr ² ⁺. Важное значение в морской воде имеют биогенные элементы – азот, фосфор и кремний, которые усваиваются живыми организмами и их концентрация во многом контролируется ростом и жизнедеятельностью морских организмов (животных и растений). .

  Концентрация микроэлементов в Мировом океане на три математических порядка ниже, чем в Концентрация микроэлементов в Мировом океане на три математических порядка ниже, чем в горных породах. Диапазон значений кларков микроэлементов достигает 10 математических порядков, т. е. примерно такой же, как в земной коре, но соотношения элементов совершенно иные. Отчетливо доминируют бром, стронций, бор и фтор, концентрация которых выше 1000 мкг/л. В значительном количестве присутствуют литий, рубидий, иод, барий; их концентрация превышает 10 мкг/л. Часть рассеянных в воде металлов — молибден, цинк, уран, ванадий, титан, медь — имеет концентрацию от 1 до 10 мкг/л. Концентрация никеля, марганца, кобальта, хрома, ртути, кадмия значительно ниже — сотые и десятые доли мкг/л. В то же время железо и алюминий, играющие роль главных элементов в земной коре, в океане имеют концентрацию более низкую, чем молибден и цинк. В наименьшем количестве в океане растворены такие элементы, как ниобий, скандий, бериллий и торий.

Газ мл/л Азот 8, 4 -14, 5 Аргон 0, 2 -0, 4 Кислород 0Газ мл/л Азот 8, 4 -14, 5 Аргон 0, 2 -0, 4 Кислород 0 -9 Сероводород 0 -22 СО 2 (общ) 34 -56 Гелий и неон 1, 7*10 -4 Особое место в составе морской воды занимают растворенные газы, связанные с атмосферой и «живым» веществом.

   Мощный геохимический поток, играющий важную роль в общепланетарном массообмене между Мировой Мощный геохимический поток, играющий важную роль в общепланетарном массообмене между Мировой сушей и океаном создают речные воды. По данным М. И. Львовича ежегодный сток воды с суши равен примерно 44 230 км³. Следовательно, меньше чем за 35 тыс. лет в океан поступит столько воды, сколько в нем имеется в настоящее время. Динамическое постоянство объема океана поддерживается испарением и переносом через атмосферу в парообразном состоянии 44 10³ км∙ ³ /год воды, выпадающей на сушу в виде атмосферных осадков.

   В речных водах различают следующие главные формы нахождения химических элементов: В речных водах различают следующие главные формы нахождения химических элементов: 1. Простые и комплексные ионы. 2. Нейтральные молекулы. Эти две группы форм имеют размер 1 нм и менее. 3. Частицы коллоидных размеров от 0, 001 до 0, 1 мкм, на поверхности которых находятся сорбированные ионы. 4. Высокодисперсные частицы, состоящие преимущественно из глинистых минералов и имеющие размер от 0, 5 до 1— 2 мкм. 5. Более крупные взвешенные частицы, представленные обломочными минералами размером от 2— 3 до 10 мкм.

  Хотя общая минерализация пресных речных вод значительно меньше соленых морских, глобальный вынос Хотя общая минерализация пресных речных вод значительно меньше соленых морских, глобальный вынос химических элементов в растворенном состоянии весьма значителен. Для фтора, стронция, железа, алюминия он равен миллионам тонн, для кальция, натрия, магния, сульфатной серы, хлора, кремния — сотням миллионов тонн, для калия — десяткам миллионов тонн, для брома, иода, бора, а также цинка, марганца и меди — сотням тысяч тонн в год. Большая часть рассеянных элементов удаляется с суши в количестве десятков тысяч тонн в год. Лишь отдельные элементы выносятся в меньшем количестве.

   Минерализация воды и количество дисперсных взвесей (мутность) в разных реках сильно Минерализация воды и количество дисперсных взвесей (мутность) в разных реках сильно варьируют. В соответствии с данными геохимика Д. Ливингстона (США ) средняя минерализация рек Мира принята равной 120 мг/л. Исходя из этой цифры и объема годового речного стока в 44 ∙ 10 15 л/год, количество растворенных соединений, ежегодно выносимых с суши, составляет 5, 3 ∙ 10 9 т. Согласно данным А. П. Лисицина , среднее содержание взвешенных дисперсных частиц в континентальном стоке равно 500 мг/л. Следовательно, вынос тонкодисперсного вещества всеми реками равен 22 ∙ 10 9 т/год, т. е. в 4, 2 раза больше, чем растворимых соединений.

   С суммарным речным стоком в океан поступают огромные массы химических элементов. С суммарным речным стоком в океан поступают огромные массы химических элементов. С речным стоком ежегодно выносится в составе взвесей и растворенных форм соответственно (млн. т): железа — 963 и 27; марганца — 20, 5 и 0, 41; цинка — 5, 86 и 0, 82; меди -1, 51 и 0, 28; свинца — 2, 8 и 0, 04; никеля — 1, 58 и 0, 12; кобальта — 0, 34 и 0, 01. Согласно данным А. П. Лисицина, из этого количества более 92% выпадает в краевых морях и особенно на участках устьев рек, лишь 7 -8% достигает глубоководных областей океана. Таким образом, периферийная зона Мирового океана служит глобальной геохимической ловушкой, задерживающей большую часть вещества, сносимого с континентов.

  При сопоставлении состава континентальных и океанических вод хорошо видно их различие. В При сопоставлении состава континентальных и океанических вод хорошо видно их различие. В речной воде в тысячи раз меньше хлора, брома, натрия, в сотни раз — бора, сульфатной серы, магния, калия, в десятки — стронция, кальция, лития, рубидия, фтора, иода. В то же время в речных водах в десятки раз больше марганца, иттрия, свинца, тория, значительно больше кремния, титана, цинка, меди. Следовательно, при поступлении речных вод в Мировой океан происходит существенная перегруппировка растворимых масс рассеянных элементов. Столь сильное различие в составе воды океана и суши в значительной мере обусловливает неодинаковую концентрацию химических элементов в живом веществе океана и суши,

2. 4. Атмосфера – это газообразная воздушная оболочка, которая вращается вместе с Землей и2. 4. Атмосфера – это газообразная воздушная оболочка, которая вращается вместе с Землей и масса которой оценивается величиной 5, 15 ٠ 10 ¹ ⁵ т. Большая часть этой массы находится в слое 16 км, а выше 100 км находится лишь одна миллионная часть массы атмосферного воздуха. Ни на одной планете Солнечной системы (кроме Венеры) нет такой обширной воздушной оболочки (есть на Титане – спутнике Сатурна, но она состоит из метана).

   Атмосферный воздух состоит из ограниченного числа газов. В основном, он содержит Атмосферный воздух состоит из ограниченного числа газов. В основном, он содержит 4 компонента: О ₂ , N ₂ , Ar и СО ₂. Эти 4 газа составляют 99, 99% сухого воздуха. К малым составным частям атмосферы относят озон, водород и инертные газы: гелий, неон, криптон, ксенон и радон. В составе атмосферы присутствуют также твердые и жидкие аэрозоли естественного (в том числе и космического) и антропогенного происхождения, микроскопические биогенные объекты, летучие органические соединение (фитонциды, эфирные масла). Указанный химический состав характерен как для тропосферы, так и для нижней части стратосферы. Верхняя атмосфера отличается по составу в связи с протекающими в ней фотохимическими реакциями. Например, на высотах 90 -400 км в зонах полярных сияний присутствуют диссоциированные азот и кислород в виде ионов и атомов.

  В составе атмосферы, в ее нижних частях,  обязательно присутствует вода, которая В составе атмосферы, в ее нижних частях, обязательно присутствует вода, которая попадает туда в результате испарения с морей и поверхности Земли. Количество водяного пара особенно велико в тропических широтах. Так как вода в атмосфере образуется за счет естественной дистилляции, состав влаги характеризуются малой минерализацией. Однако в ней все-таки имеются некоторые элементы океанов и морей. Общая минерализация вод атмосферы колеблется в широких пределах – от 0 до 500 мг/л.

   По степени минерализации воды атмосферы разделяются на 4 группы:  По степени минерализации воды атмосферы разделяются на 4 группы: -воды слабой минерализации (0 -25 мг/л); -воды средней минерализации (25 -50 мг/л); -воды повышенной минерализации (50 -100 мг/л); -воды высокой минерализации (>100 мг/л). .

    В составе атмосферных осадков встречаются те же элементы, что и В составе атмосферных осадков встречаются те же элементы, что и в природных водах на поверхности Земли: Na , Ca , Mg , HCO ₃ ˉ , SO ₄ ²ˉ , Cl ˉ. Основные источники поступления ионов в атмосферу: -привнос ионов с брызгами морской воды и при штормовой погоде (попадают Na ⁺ , Cl ˉ , Mg ² ⁺ ) -эоловый привнос сухих солей с суши (продукты выветривания осадочных пород – ионы HCO ₃ ˉ , Ca ² ⁺ ) -продукты вулканических извержений ( CO ₂ , SO ₃ , Cl , NH ₃ и др. ) -промышленные выбросы металлургических, химических заводов, ТЭЦ и др. ( CO ₂ , SO ₃ , NO ₂ и др. ) -атмосферные электрические разряды (азот превращается в NO и NO ₃ )

    Важную роль в формировании химического состава атмосферы играют атмосферные аэрозоли Важную роль в формировании химического состава атмосферы играют атмосферные аэрозоли — взвешенные твердые и жидкие частицы в газообразной среде размером от нескольких микрометров до их сотых и тысячных долей. Над континентами преобладают крупные частицы, над океанами — более мелкие, и в последнем случае их концентрация на порядок ниже. Максимальны концентрации аэрозолей в приземном слое атмосферы над промышленными регионами. Геохимической сущностью аэрозолей является их способность конденсировать на своей поверхности рассеянные химические элементы, присутствующие в атмосфере в парогазовой форме. Содержание некоторых из них намного выше, чем в почвах и приповерхностной литосфере.

   Литофильные элементы (титан, алюминий,  цирконий и др. ) не накапливаются Литофильные элементы (титан, алюминий, цирконий и др. ) не накапливаются в аэрозолях. Железо, марганец, медь, цинк, хром больше связаны с крупно-мелкодисперсным аэрозолем. Мышьяк, сурьма, свинец, кадмий, никель концентрируются в субмикронной фракции, которая представляет собой в значительной степени не столько взвешенную, сколько паро-газовую форму нахождения элементов, что влияет на их растворимость, скорость вымывания из атмосферы и дальность воздушной миграции.

   Итак, можно считать установленным, что  определенные химические элементы, в том Итак, можно считать установленным, что определенные химические элементы, в том числе многие тяжелые металлы, поступают в тропосферу в парогазовой форме, а затем сорбируются наиболее мелкими аэрозольными частицами. Сложную проблему представляет установление источников парогазового потока тяжелых металлов и других редких и рассеянных элементов.

   В формировании приземного слоя воздуха большую роль играют почва и растительный В формировании приземного слоя воздуха большую роль играют почва и растительный покров. Микроорганизмы почвы, растения и животные выделяют в приземную и почвенную атмосферу, помимо СО 2 , Н 2 О, N ₂ , О 2 (только растения), разнообразные летучие органические соединения, среди которых установлены как метан, этилен и другие простые по составу, так и весьма сложные, вплоть до элементорганических соединений. Летучие органические соединения — фитонциды создают характерный аромат лесов, лугов, степей и других ландшафтов. Американские геохимики в летучих выделениях хвойных деревьев установили 25 элементов: Li , Ве, В, N а, М g , Т i , V , Сг, Мп, F е, Со, N i , С u , Zn , А s , S г, Z г, Мо, А g , РЬ, В i , С d , S п, Sb , Ва. Определение металлов в составе органических паров атмосферы предложено использовать для поисков рудных месторождений. Таким путем были открыты руды С u , РЬ, Z п, А g , редких металлов (в том числе и слепые рудные тела). Масштабы фитогенного выноса минеральных веществ того же порядка, что вулканизм и сжигание минерального топлива (около 1 млрд. т в год).

    Вулканизм поставляет в атмосферу Н 2 О и СО 2 Вулканизм поставляет в атмосферу Н 2 О и СО 2 , а также Н 2 , СО, N ₂ , S О 2 , С l 2 , Н 2 S , НС l , В(ОН) 3 , N Н 3 , СН 4 и другие газы. В течение года действующие вулканы выделяют в атмосферу миллионы тонн Н F и НС l. В вулканических районах идут «кислые дожди» с р. Н 2, 4— 2, 5 и минерализацией до 250 мг/л. Всего около 3 млрд. т минеральных веществ в год.

   Важным источником поступления металлов в атмосферу (в том числе в парогазовой Важным источником поступления металлов в атмосферу (в том числе в парогазовой форме) являются лесные пожары, которые по своему планетарному значению вполне сопоставимы с такими катастрофическими событиями, как вулканические извержения, а по геохимическим последствиям даже более значительны. По имеющимся оценкам, в результате лесных пожаров в атмосферу поступает ежегодно (т): железа — 350 000, цинка — 250 000, меди — 35 000, свинца — 6700.

2. 4.  Биосфера ( химический состав и геохимическая роль живого вещества)  2. 4. Биосфера ( химический состав и геохимическая роль живого вещества) Суммарный эффект деятельности живого вещества за всю геологическую историю огромен, так как живые организмы определили многие геохимические особенности верхней части Земли (формирование кислородной атмосферы и др. ). Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О ₂ , СО ₂ , H ₂ S и т. д. ) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало в биосфере в течение геологической истории. Это положение предложено именовать законом Вернадского

   Определение кларков живого вещества  затрудняется сильным колебанием концентрации химических элементов Определение кларков живого вещества затрудняется сильным колебанием концентрации химических элементов в индивидуальных организмах. Концентрация меняется в зависимости от систематическою положения, среды обитания, стадии развития организма. Даже в одном организме концентрация одного и того же элемента в разных тканях и органах неодинакова.

  Значение кларка элемента в живом веществе биосферы зависит не столько от его Значение кларка элемента в живом веществе биосферы зависит не столько от его концентрации во всех организмах, сколько от концентрации в тех, которые составляют преобладающую часть массы живого вещества. Благодаря усилиям широкого круга ученых разных стран установлено, что доминирующую часть массы живою вещества Мировой суши и всей планеты образуют высшие растения. Масса живого вещества океана в несколько сотен раз меньше. Масса наземных животных составляет около 1 % от фитомассы. По этой причине состав растительности суши обусловливает состав всего живою вещества Земли.

    В составе живого вещества,  рассчитанного разными авторами, имеется общая В составе живого вещества, рассчитанного разными авторами, имеется общая особенность: сумма значений относительного содержания 14 элементов очень немного не достигает 100 %; незначительную недостающую часть образуют около 70 химических элементов, рассеянных в живом веществе; они содержатся в ничтожном количестве, измеряемом мкг/г сухого вещества.

  Ориентировочная оценка масс рассеянных элементов,  находящихся в растениях Мировой суши: Ориентировочная оценка масс рассеянных элементов, находящихся в растениях Мировой суши:

  В растениях океана по сравнению с растительностью суши значительно выше концентрация почти В растениях океана по сравнению с растительностью суши значительно выше концентрация почти всех главных элементов, особенно натрия, магния, хлора и серы. Еще сильнее выражено различие между ними по содержанию рассеянных элементов. Так, в фотосинтезирующих организмах океана в сотни раз выше концентрация иода и брома, в десятки раз выше концентрация некоторых тяжелых металлов (кадмия, цинка, ртути, свинца, ванадия и др. ), а также близких им поливалентных элементов (хрома).

  Живому веществу свойственна к онцентрационная функция, связанная с извлечением и накоплением живыми Живому веществу свойственна к онцентрационная функция, связанная с извлечением и накоплением живыми организмами из окружающей среды химических элементов. Живые организмы предпочитают накапливать атомы легких элементов, поэтому концентрация их в теле организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Именно с проявлением концентрационной функции в значительной мере связана неоднородность химического состава биосферы. Живым организмам свойственно избирательное накопление химических элементов.

   Так, некоторые наземные цветковые растения могут концентрировать Li ,  Be Так, некоторые наземные цветковые растения могут концентрировать Li , Be , В. Микрофлора некоторых рудных месторождений обогащается С u , Zn , Pb. Бром и йод накапливаются в некоторых морских водорослях, а также некоторых губках. Растительность, произрастающая на почвах и породах, обогащенных растворимыми соединениями металлов, накапливает их в повышенном против нормального содержания количестве. На этом основан биогеохимический метод поисков ряда металлических месторождений.

   Химические элементы, добавление подвижных  ( растворимых) форм которых в среду Химические элементы, добавление подвижных ( растворимых) форм которых в среду увеличивает продукцию живого вещества, называются дефицитными. К ним в разных условиях относятся О, N , Р, К, F , В, J , С u и другие элементы. В большинстве случаев недостает именно подвижных форм, в то время как общее (валовое) содержание элемента может быть достаточно велико. Элементы, удаление которых из среды увеличивает продукцию живого вещества, называются избыточными. К ним местами относятся Cl , S , Na , С u , Ni , Fe , F и др. Один и тот же элемент может быть дефицитным в одной системе и избыточным в другой.

   Резкий дефицит или избыток элементов в среде приводит к заболеваниям животных, Резкий дефицит или избыток элементов в среде приводит к заболеваниям животных, растений, а иногда и человека. Такие болезни А. П. Виноградов назвал биогеохимическим эндемиями , а районы их распространения — биогеохимическими провинциями. На территории нашей страны изучены биогеохимические провинции с дефицитом J в почвах и кормах, дефицитом и избытком F в питьевой воде, избытком В в кормах, избытком и дефицитом С u , дефицитом Со в почвах и т. д. Учение о биогеохимических провинциях нашло практическое применение в медицине и сельском хозяйстве. Развивая это учение, В. В. Ковальский сформулировал понятие о геохимической экологии — разделе биогеохимии и экологии. Ее задача состоит в изучении взаимодействия организмов и их сообществ с геохимической средой, а также организмов между собой.