|
Кларки — важнейшая величина в геохимии. Их анализ позволяет понять многие закономерности химии Земли, солнечной системы, доступной нашим наблюдениям части вселенной. Атомы — «кирпичи» мироздания. Кларки дают объективные представления о распространенности разного типа таких «кирпичей». Трудно переоценить значение этого химического показателя.
На первый взгляд может показаться, что здравый смысл и жизненный опыт позволяют достаточно обоснованно судить о том, насколько редки те или иные химические элементы. Кто не знает, что золото значительно более редкий металл, чем железо? Но даже самое беглое знакомство со значениями кларков показывает, что мы имеем во многом неверное представление о редкости и распространенности химических элементов. Никто не считает медь чем-то редким. В то же время такой металл, как титан, нам мало знаком. Можно ожидать, что в земной коре его меньше, чем меди, но в действительности кларк титана в 100 раз больше кларка меди. А разве не удивительно, что кларк галлия, которого никто из нас не видел, в 300 раз больше ртути, которая нам с детских лет знакома благодаря термометрам?
Естественно возникает вопрос: а есть ли вообще какие-либо закономерности в распределении кларков? Оказывается, есть. Еще в XIX в. химики обратили внимание на то, что легкие элементы более распространены, чем тяжелые. В 1869 г. Д. И. Менделеев указал, что наиболее распространенные химические элементы имеют малую атомную массу. Если кларки элементов расположить не в порядке убывания их значения, как это сделано в таблице 5, а согласно таблице Д. И. Менделеева, по возрастанию номеров элементов, то это легко заметить.
Масса атома обусловлена массой его ядра, т. е. числом нуклонов (протонов и нейтронов), входящих в его состав. Можно сказать, что кларки химических элементов, как правило, уменьшаются по мере усложнения строения ядра, с увеличением числа нуклонов. Правда, есть исключения из этой общей закономерности.
В 1914 г. итальянский физик Дж. Оддо обратил внимание на то, что в земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами и четной атомной массой. Более подробно это явление было изучено американским ученым У. Гаркинсом. Оно получило название правила Оддо — Гаркинса. Правило гласит: из двух соседних элементов таблицы Д. И. Менделеева содержание в земной коре четного элемента обычно больше. Это можно легко заметить на примере восьми главных элементов, образующих 99% массы земной коры. Из них четные элементы составляют 86%, а нечетные — всего 13%.
А. Е. Ферсман графически показал закономерности изменения кларков земной коры. Учитывая очень большой диапазон значений, он изобразил на графике не абсолютные цифры кларков, а их логарифмы (рис. 6). Так, например, кларки со значением от 1 до 10 на логарифмической шкале находятся от 0 до 1, кларки в десятки процентов будут находиться между горизонтальными линиями от 1 до 2. Малые кларки, измеряемые десятыми долями процента, располагаются от 0 до —1, измеряемые сотыми долями процента, — от —1 до —2 и т. д.
Четные элементы светлые кружки, нечетные — темные. Более высокое положение светлых кружков иллюстрирует правило Оддо — Гаркинса. Из этого правила есть исключения, которые хорошо видны на графике и причины которых мы рассмотрим.
Несмотря на то что значения кларков многих элементов были в последующем уточнены, на графике А. Е. Ферсмана очень хорошо видна общая закономерность — уменьшение значения кларков с усложнением строения ядер. Срединная линия и ограничивающие сверху и снизу пунктирные линии понижаются с увеличением порядковых номеров. Здесь также имеются отклонения. Первые семь элементов обладают более низкими кларками, чем можно было бы ожидать по общему ходу кривой. Содержание железа (№ 26) резко превышает содержание элементов с меньшими порядковыми номерами: ванадия (№ 23), хрома (№ 24), марганца (№ 25). Некоторые отклонения от срединной линии так устойчиво выдерживаются, что, по-видимому, отражают какие-то процессы перераспределения атомов. Например, наименьшее значение имеют кларки благородных газов. Их отрицательные пики подчеркнуты нижней пунктирной линией. Но среди этих элементов почему-то выделяется аргон (№ 18), содержание которого значительно больше, чем его соседей по VIII группе таблицы Д. И. Менделеева — неона и криптона.
Объяснить, чем обусловлены общие закономерности кларков и отклонения от них, невозможно на основании данных только об одной земной коре. Для этого необходимо привлечь сведения о распределении химических элементов в солнечной системе и всей вселенной. По этому поводу А. Е. Ферсман еще в 30-х годах писал:
«Значение кларков вышло за пределы частной геохимической задачи — оно играет огромную роль в понимании геохимии космоса...».
|