Кларки елементів
Кларки елементів | |
Названо на честь | Франк Віглсворт Кларк |
---|
Кла́рки елеме́нтів — система усереднених вмістів, що характеризують поширеність хімічних елементів у великій геохімічній системі (в земній корі, літосфері, атмосфері, гідросфері, біосфері, на Землі загалом або в космосі). У більш вузькому розумінні — числа, які вказують середній вміст хімічних елементів у даному космічному тілі.
Термін «кларк елементу» запропонував Олександр Ферсман у 1923 році на честь відомого американського геохіміка Френка Вігглсворта Кларка, який був піонером в оцінці хімічного складу земної кори. На основі хімічних аналізів численних зразків гірських порід, виконаних Кларком і його колегами з 1889 до 1924 р. Ф. В. Кларком вперше виконано узагальнення і оцінка хімічного складу гірських порід, що складають земну кору, з урахуванням їх поширення до глибини 16 км[1].[2][3].
Найповніше зведення кларків й оригінальні оцінки середнього вмісту елементів у різних типах гірських порід і земній корі належать Ферсману (1933)[2], О. П. Виноградову (1949, 1956, 1962)[4][5], З. Р. Тейлору (1964)[6] та ін[7][8]. Свої дані кларків публікували також норвезький мінералог Віктор Гольдшмідт, новозеландський геохімік Брайян Масон (Brian Mason (geochemist), 1917-2009) та ін.
Водночас, технічні визначення «кларка», «земної кори» та «літосфери» різняться між авторами, і фактичні цифри відповідно відрізняються, іноді в кілька разів. Навіть один і той же автор представляє кілька версій, із різними параметрами оцінки. Трапляються оцінки середнього складу зовнішньої частини Землі з чотирма варіантами:
- 10-мильна кора, гідросфера та атмосфера.
- 20-мильна кора, гідросфера та атмосфера.
- 10-мильна кора, лише магматичні породи та осадові породи. (тобто без гідросфери та атмосфери)
- 10-мильна кора, лише магматичні породи. (тобто без гідросфери та атмосфери)
«Земна кора» в працях Кларка і Вашингтона (Clarke, Frank Wiggleworths (1889)) може означати дві різні речі: (а) всю зовнішню частину Землі, тобто літосферу, гідросферу та атмосферу; (b) Лише літосферу, що в їхніх роботах просто означало «скелясту кору землі».
У 1937 р. В. І. Вернадський запропонував спеціальні показники — кларк концентрації і кларк розсіювання — для оцінки підвищеного чи зниженого вмісту тих або інших хімічних елементів на окремих ділянках чи в окремих геологічних об'єктах у порівнянні з їх глобальними кларками (у земній корі, космічному тілі тощо). Кларки концентрації кожного елемента варіюють в тисячі разів, а при формуванні руд і рудних мінералів — іноді в мільйон разів. В екологічних дослідженнях забруднення міських територій кларки концентрації можуть розраховуватися як відносно кларків літосфери, так і по відношенню до кларків елементів для міських ґрунтів.
Крім того, в Україні запропоновано додатковий термін «Ноокларки» (від термінів ноосфера та кларки — В. С. Білецький, 2001) — числа, які вказують середній вміст (в %) хімічних елементів у даному космічному тілі, в межах зони, доступної для впливу людини (в надрах у вузькому їх розумінні) — тобто в зоні досяжності геологічної розвідки і гірничих робіт. Ноокларки корисні при аналізі ресурсів хімічних елементів, які потенційно можуть бути видобувними за даного рівня розвитку техніки.
Кларки елементів оцінюють в масових, об'ємних, атомних відсотках (%), проміле (‰), мільйонних частках (г/т) або по відношенню до вмісту одного з елементів, найбільш поширеного, наприклад, кремнію.
У космосі різко переважають найпростіші елементи Н і Не (99,99 %), у земній корі (99 %) — О, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К, Ti, Mn, Н, у гідросфері О і Н. У певній залежності від кларків перебуває загальний вміст елементів у геохімічних системах, загальні запаси тих або інших металів і руд у земній корі, масштаби родовищ, кількість мінералів кожного елемента, поведінка елементів у геохімічних процесах.
Також кларки застосовують в екологічних дослідженнях забруднення навколишнього середовища. Регіональні значення кларка встановлюються для цілей екологічної геохімії та розвідки родовищ.
Сучасні дані кларків елементів різних геохімічних резервуарів можна знайти в базі даних Геохімічної еталонної моделі Землі — проекту GERM.[9]
Елементи з кларками менше 0,01—0,001 % називають рідкісними. Якщо при цьому вони мають слабку здатність до концентрації — рідкісними розсіяними. Наприклад, кларки урану (U) і брому (Br) у літосфері відповідно рівні 2,5× 10-4 і 2,1× 10-4 %, але уран — рідкісний елемент (відомо 104 мінерали, що містять U), а бром — рідкісний розсіяний (відомий лише один його власний мінерал).[10]
Нижче наведені кларки елементів (в масових процентах) для земної кори. Елементи розташовані у порядку зменшення їх розповсюдженості.[11][12]
Номер з/п | Елемент | Кларк, мас.% |
1. | О | 49,5000 |
2. | Si | 25,8000 |
3. | Al | 7,5700 |
4. | Fe | 4,7000 |
5. | Ca | 3,3800 |
6. | Na | 2,6300 |
7. | К | 2,4100 |
8. | Mg | 1,9500 |
9. | H | 0,8800 |
10. | Ti | 0,4100 |
11. | Cl | 0,1900 |
12. | Р | 0,0900 |
13. | С | 0,0870 |
14. | Mn | 0,0850 |
15. | S | 0,0480 |
16. | N | 0,0300 |
17. | Rb | 0,0290 |
18. | F | 0,0280 |
19. | Ba | 0,0260 |
20. | Zr | 0,0210 |
21. | Cr | 0,0190 |
22. | Ni | 0,0150 |
23. | Sr | 0,0140 |
24. | V | 0,0140 |
25. | Zn | 0,0120 |
26. | Cu | 0,0100 |
27. | W | 0,0064 |
28. | Li | 0,0060 |
29. | Ce | 0,0043 |
30. | Co | 0,0037 |
31. | Sn | 0,0035 |
32. | Y | 0,0026 |
33. | Nd | 0,0022 |
34. | Nb | 0,0019 |
35. | Pb | 0,0018 |
Разом | 99,98 мас.% | |
Інші елементи (сумарно) | 0,02 мас.% |
Номер елемента |
Символ елемента | У літосфері | У гідросфері | В атмосфері | У біосфері |
---|---|---|---|---|---|
1 | H | 1,00 | … | 0,000033 | 10,5 |
2 | He | 1·10−6 | 5·10−10 | 0,000072 | сліди |
3 | Li | 0,0032 | 1,5·10−5 | … | 1·10−5 |
4 | Be | 0,00038 | 6·10−11 | … | сліди |
5 | B | 0,0012 | 4,6·10−4 | … | 1·10−3 |
6 | C | 0,023 | 2,8·10−3 | 0,0151 | 18,0 |
7 | N | 0,0019 | 5·10−5 | 75,510 | 0,3 |
8 | O | 47,0 | … | 23,1811 | 70,0 |
9 | F | 0,066 | 1,3·10−4 | … | 5·10−4 |
10 | Ne | 5·10−7 | 1·10−8 | 0,00125 | сліди |
11 | Na | 2,50 | 1,03554 | … | 0,02 |
12 | Mg | 1,87 | 0,1297 | … | 0,04 |
13 | Al | 8,05 | 1·10−6 | … | 5·10−3 |
14 | Si | 29,0 | 3·10−4 | … | 0,2 |
15 | P | 0,093 | 7·10−6 | … | 0,07 |
16 | S | 0,047 | 0,089 | … | 0,05 |
17 | Cl | 0,017 | 1,93534 | … | 0,02 |
18 | Ar | 4·10−4 | 6·10−5 | 1,2800 | сліди |
19 | K | 2,5 | 0,03875 | … | 0,3 |
20 | Ca | 2,96 | 0,0408 | … | 0,5 |
21 | Sc | 0,001 | 4·10−9 | … | сліди |
22 | Ti | 0,45 | 1·10−7 | … | 8·10−4 |
23 | V | 0,009 | 3·10−7 | … | 10−4 |
24 | Cr | 0,0083 | 2·10−9 | … | 10−4 |
25 | Mn | 0,10 | 2·10−7 | … | 1·10−3 |
26 | Fe | 4,65 | 1·10−6 | … | 0,01 |
27 | Co | 0,0018 | 5·10−8 | … | 2·10−5 |
28 | Ni | 0,0058 | 2·10−7 | … | 5·10−5 |
29 | Cu | 0,0047 | 3·10−7 | … | 2·10−4 |
30 | Zn | 0,0083 | 1·10−6 | … | 5·10−4 |
31 | Ga | 0,0019 | 3·10−9 | … | сліди |
32 | Ge | 1,4·10−4 | 6·10−9 | … | 10−4 |
33 | As | 1,7·10−4 | 1·10−7 | … | 3·10−5 |
34 | Se | 5·10−6 | 1·10−8 | … | 10−6 |
35 | Br | 2,1·10−4 | 6,6·10−3 | … | 1,5·10−4 |
36 | Kr | 2·10−8 | 3·10−8 | 0,00029 | сліди |
37 | Rb | 0,015 | 2·10−5 | … | 5·10−4 |
38 | Sr | 0,034 | 8·10−4 | … | 2·10−3 |
39 | Y | 0,0029 | 3·10−8 | … | сліди |
40 | Zr | 0,017 | 5·10−9 | … | сліди |
41 | Nb | 0,002 | 1·10−9 | … | … |
42 | Mo | 1,1·10−4 | 1·10−6 | … | 1·10−5 |
44 | Ru | 5·10−6 | … | … | сліди |
45 | Rh | 1·10−6 | … | … | сліди |
46 | Pd | 1,3·10−6 | … | … | 5·10−5 |
47 | Ag | 7·10−6 | 3·10−8 | … | сліди |
48 | Cd | 1,3·10−5 | 1·10−8 | … | сліди |
49 | In | 2,5·10−5 | 1·10−9 | … | … |
50 | Sn | 2,5·10−7 | 3·10−7 | … | 5·10−5 |
51 | Sb | 5·10−5 | 5·10−8 | … | сліди |
52 | Te | 1·10−7 | … | … | сліди |
53 | I | 4·10−5 | 5·10−6 | … | 1·10−5 |
54 | Xe | 3·10−9 | … | 0,000036 | сліди |
55 | Cs | 3,7·10−4 | 3,7·10−8 | … | 1·10−5 |
56 | Ba | 0,065 | 2·10−6 | … | 3·10−3 |
57 | La | 2,9·10−3 | 2,9·10−10 | … | сліди |
58 | Ce | 7·10−3 | 1,3·10−10 | … | сліди |
59 | Pr | 9·10−4 | 6·10−11 | … | сліди |
60 | Nd | 3,7·10−3 | 2,3·10−11 | … | сліди |
62 | Sm | 8·10−4 | 4,2·10−11 | … | сліди |
63 | Eu | 1,3·10−4 | 1,1·10−10 | … | сліди |
64 | Gd | 8·10−4 | 6·10−11 | … | сліди |
65 | Tb | 4,3·10−4 | … | … | сліди |
66 | Dy | 5·10−4 | 7,3·10−11 | … | сліди |
67 | Ho | 1,7·10−4 | 2,2·10−11 | … | сліди |
68 | Er | 3,3·10−4 | 6·10−11 | … | сліди |
69 | Tm | 2,7·10−5 | 1·10−11 | … | сліди |
70 | Yb | 3,3·10−5 | 5·10−11 | … | сліди |
71 | Lu | 8·10−5 | 1·10−10 | … | сліди |
72 | Hf | 1·10−4 | … | … | сліди |
73 | Ta | 2,5·10−4 | … | … | сліди |
74 | W | 1,3·10−4 | 1·10−5 | … | сліди |
75 | Re | 7·10−8 | … | … | сліди |
76 | Os | 5·10−6 | … | … | сліди |
77 | Ir | 1·10−6 | … | … | сліди |
78 | Pt | 2·10−5 | … | … | сліди |
79 | Au | 4,3·10−7 | 4·10−10 | … | сліди |
80 | Hg | 8,3·10−6 | 3·10−9 | … | 10−7 |
81 | Tl | 1·10−4 | 1·10−9 | … | сліди |
82 | Pb | 1,6·10−3 | 3·10−9 | … | … |
83 | Bi | 9·10−7 | 2·10−8 | … | сліди |
84 | Po | 2·10-14 | … | … | … |
86 | Rn | 7·10-16 | 6·10-20 | … | … |
88 | Ra | 2·10−10 | 1·10-14 | … | 10−12 |
89 | Ac | 6·10-14 | 2·10-20 | … | … |
90 | Th | 1,3·10−3 | 1·10−9 | … | сліди |
91 | Pa | 7·10−11 | 5·10−15 | … | … |
92 | U | 2,5·10−4 | 3·10−7 | … | 10−6 |
Нижче наведені кларки елементів в мг/кг (грам на тонну; ppm; 1•10−4 %) для міських ґрунтів. Поширеність і розподіл хімічних елементів досліджені В.О. Алєксєєнко[ru] та О. В. Алєксєєнко за сприяння академіка М. П. Лаверова в ґрунтах більш ніж 300 населених пунктів. Роботи проводилися протягом 15 років і дозволили узагальнити як дані власних випробувань ґрунтів, так і значне число опублікованих досліджень, присвячених забрудненню міських ґрунтів у багатьох країнах. Детальна інформація про методику розрахунку кларків міських ґрунтів і використаних даних наведена в статтях[13][14] і двох монографіях[15][16].
Вперше наводяться значення кларків, які можуть бути використані як стандарти вмісту елементів (як гранично допустима концентрація) у міських ґрунтах початку XXI ст.
Елемент | Атомний номер | Кларк в міських ґрунтах[15] |
---|---|---|
Ag | 47 | 0,37 |
Al | 13 | 38200 |
As | 33 | 15,9 |
B | 5 | 45 |
Ba | 56 | 853,12 |
Be | 4 | 3,3 |
Bi | 83 | 1,12 |
C | 6 | 45100 |
Ca | 20 | 53800 |
Cd | 48 | 0,9 |
Cl | 17 | 285 |
Co | 27 | 14,1 |
Cr | 24 | 80 |
Cs | 55 | 5,0 |
Cu | 29 | 39 |
Fe | 26 | 22300 |
Ga | 31 | 16,2 |
Ge | 32 | 1,8 |
H | 1 | 15000 |
Hg | 80 | 0,88 |
K | 19 | 13400 |
La | 57 | 34 |
Li | 3 | 49,5 |
Mg | 12 | 7900 |
Mn | 25 | 729 |
Mo | 42 | 2,4 |
N | 7 | 10000 |
Na | 11 | 5800 |
Nb | 41 | 15,7 |
Ni | 28 | 33 |
O | 8 | 490000 |
P | 15 | 1200 |
Pb | 82 | 54,5 |
Rb | 37 | 58 |
S | 16 | 1200 |
Sb | 51 | 1,0 |
Sc | 21 | 9,4 |
Si | 14 | 289000 |
Sn | 50 | 6,8 |
Sr | 38 | 458 |
Ta | 73 | 1,5 |
Ti | 22 | 4758 |
Tl | 81 | 1,1 |
V | 23 | 104,9 |
W | 74 | 2,9 |
Y | 39 | 23,4 |
Yb | 70 | 2,4 |
Zn | 30 | 158 |
Zr | 40 | 255,6 |
- ↑ Clarke, F.W. & Washington, H.S.: «The Composition of the Earth's Crust». U.S. Dep. Interior, Geol. Surv. 770 (1924), 518.
- ↑ а б Ферсман, А. Е. Геохимия, тт. I—IV. Природа и техника. ОНТИ, 1933, 1934, 1937 и 1939.
- ↑ Clarke, Frank Wiggleworths (1889-10-26). «The relative abundance of the chemical elements» (PDF). Bulletin of the Philosophical Society of Washington. 11. Philosophical Society of Washington (published 1892): 131—142.
- ↑ Виноградов, А. П.: «Закономерности распределения химических элементов в земной коре». Геохимия, 1956, № 1, с. 6-52.
- ↑ Виноградов А. П. Закономерности распределения химических элементов в земной коре. Геохимия, 1956, № 1, с. 6-52.
- ↑ Taylor, S.R. (1964). Abundance of chemical elements in the continental crust; a new table. Geochimica et Cosmochimica Acta 28(8): 1,273-1,285. doi: 10.1016/0016-7037(64)90129-2.
- ↑ Alekseenko V., Alekseenko A. The abundances of chemical elements in urban soils // Journal of Geochemical Exploration. — 2014. — № 147 (B). — С. 245—249. http://dx.doi.org/10.1016/j.gexplo.2014.08.003
- ↑ Wedepohl K. H., Geochemie, B., 1967 (Sammiung Göschen, Bd 1224-1224a/1224b)
- ↑ Geochemical Earth Reference Model (GERM)
- ↑ Кларки хімічних елементів в біосфері, атмосфері, гідросфері, літосфері і космосі
- ↑ JJAP. Institute of Pure and Applied Physics, S. 3936 (books.google.com). Institute of Pure and Applied Physics, 2007
- ↑ Nihon Kagakkai: Bulletin of the Chemical Society of Japan. Chemical Society of Japan, S. 701 (books.google.com). Chemical Society of Japan, 1961
- ↑ Алєксєєнко В. О., Лаверов М. П., Алєксєєнко О. В. Про кларки хімічних елементів в ґрунтах населених пунктів // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Гірничо-геологічна. — 2011. — № 15 (192). — С. 17-21.
- ↑ Алексеенко В. А., Алексеенко А. В., Воронец С. Н. Роль природных факторов в формировании геохимических особенностей почв селитебных ландшафтов // Структура и морфогенез почвенного покрова в условиях антропогенного воздействия. Мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. — Изд. центр БГУ, Минск, 2013. — С. 236—238. http://elib.bsu.by/handle/123456789/48936 [Архівовано 18 Грудня 2014 у Wayback Machine.]
- ↑ а б Алексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. — Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. — 388 с. — 5000 экз. —ISBN 978-5-9275-1095-5.
- ↑ Алексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в городских почвах. — М.: Логос, 2014. — 312 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-98704-670-8.
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2004. — Т. 1 : А — К. — 640 с. — ISBN 966-7804-14-3.
- Перельман А. И. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1989. — 531 с. — ISBN 5060004724.