Геохимические группы элементов по Вернадскому

Химические элементы представлены в земной коре неравномерно, некоторые из них можно обнаружить в составе почти каждой горной породы, другие встречаются редко и не образуют самостоятельных минералов, а чаще всего присутствуют в горных породах в рассеянном или растворенном состоянии. Американский ученый, геохимик, Кларк впервые установил средний химический состав земной коры.

По предложению А. Е. Ферсмана среднее содержание получило название «кларк» данного элемента. В литосфере наиболее распространен О — 47% её веса, за ним идут Si — 29,5%; Al — 8,05%; Fe — 4,65%; Ca — 2,96%. На их долю приходится свыше 92% веса литосферы.

Если же к ним прибавить еще Na — 2,5%; K — 2,5%; Mg — 1,65%, то эти восемь элементов составят более 99%. Все остальные элементы образуют менее 1% земной коры. Многие из них — Ti, Mn, Cr, V, Co, S, P, F, Cl и другие играют исключительно важную роль в образовании горных пород, месторождений полезных ископаемых и в жизненных процессах, протекающих в биосфере. Сочетаясь в разных пропорциях, они формируют все внешние оболочки Земли, обусловливают жизнь на нашей планете.

В солнечном спектре в настоящее время обнаружено 67 элементов. Среди них большую часть занимают H и He, за ними идут O, Fe, N, Mg и другие. Имеются основания считать, что в солнечном спектре присутствуют все элементы ПС, однако часть из них не улавливается современными средствами изучения.

Кларки элементов позволяют выделить главные, или типоморфные элементы, то есть элементы, определяющие геохимические особенности процессов миграции их в земной коре и ландшафтах, и второстепенные. К первым относятся элементы, обладающие высокими кларками и накапливающиеся в месторождениях. Типоморфные элементы активно участвуют в геохимической миграции, они являются основными в процессах минералообразования.

В результате изучения кларков горных пород установлено, что содержание большинства химических элементов в главных типах горных пород значительно колеблется. При этом наблюдается следующая тенденция: содержание многих групп элементов связано с концентрацией в породе SiO2 — кварца, одного из наиболее распространенных минералов земной коры. Например, в ультраосновных породах, содержащих менее 45% кварца, калия в 1000 раз меньше, чем в кислых породах, где кварца более 65%.

Изверженные магматические породы отличаются высоким содержанием Fe, Ca, Mg и несколько меньшим — S, K, Na. В осадочных породах по сравнению с изверженными высокое количество С, S, Cl, B и других элементов. химический земной кларк По сравнению с осадочными породами почвы характеризуются повышенным содержанием Si, P, S, N, I, Br, меньшим содержанием Na, Mg, Cl, Sr, которые выносятся в процессе выветривания и почвообразования. В составе почв большую роль играют различные микроэлементы.

В.И. Вернадский по участию элементов в минеральных соединениях, химических и радиохимических процессах земной коры, разделяет их на следующие геохимические группы: благородные (инертные) газы, благородные (инертные) металлы, циклические (миграционные) элементы, рассеянные элементы, элементы сильнорадиоактивные и элементы редкоземельные.

I — He, Ne, Ar, Kr, Xe — характеризуются как не принимающие участия в главных химических реакциях земной коры и только в исключительных случаях дающие соединения с другими элементами. Образование инертных газов связано с разложением ядер атомов U, Th. Таким образом, они являются продуктами геохимических процессов, постоянно протекающих в биосфере и космосе.

II — Pt, Os, Ir (иридий), Pd, Rh, Au в земной коре в самородном состоянии или в форме интерметаллических сплавов, а также с примесью некоторых других элементов, образуются сложным пневматическим и магматическим путем в термодинамических условиях, резко отличающихся от условий биосферы. Характеризуются сильной химической стойкостью и мало изменяются в течение геологического времени. В водных растворах эти металлы находятся в рассеянном состоянии или связаны с явлением сорбции.

III — Ag, Br, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, O, C, N, S, P, H, Cl и другие составляют свыше 99% всей массы горных пород земной коры, участвуют в многочисленных круговых химических процессах (циклах) и являются основной частью атмосферы, гидросферы и живого вещества. Для циклических элементов характерны многочисленных химически обратимые процессы, играющие важную геохимическую роль в миграции элементов в земной коре, их рассеянии и концентрации.

Циклические элементы образуют оксиды, гидроксиды, силикаты, алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты, хлориды, нитраты и другие минеральные соединения. С ними связаны главные массы рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых магматического, метаморфического и осадочного происхождения.

IV — Li, Sc, Br, Ga, Rb, Cs, Y, Nb, In, Ta, I и другие — большей частью не образуют самостоятельных минералов, часть их входит в кристаллические решетки распространенных минералов, часть находится в растворах. Тем не менее все рассеянные элементы являются важной составной частью литосферы, гидросферы, биосферы. Некоторые из них (Li, I) в значительных количествах концентрируются живым веществом.

V — U, Ac, Th. Уран и торий дают соединения, входящие в обратимые циклы, аналогичные круговым процессам циклических элементов. Однако часть их атомов теряется в ходе круговых процессов и обратно не возвращается: изменение их дает начало другим элементам, в числе которых важнейшими являются Pb и He.

Некоторые радиоактивные ротоны, например N15, C14, H3 образуются на Земле в результате ядерных реакций, в частности путем взаимодействия космических и геохимических процессов.

VI — Редкоземельные: цериевая и иттриевая.