|
Закономерности распространения химических элементов во всей галактике в значительной мере сохранены и унаследованы земной корой. Но в процессе ее образования произошла существенная пересортировка атомов, что нашло выражение в особых и неповторимых значениях кларков каменной оболочки нашей планеты.
Как ни велика роль строения атомного ядра, не только этим обусловливается история атомов. Там, где становятся возможными 1 химические реакции, поведение атомов будет зависеть от их химических свойств, т. е. от наружных электронных оболочек.
Главная геохимическая особенность земной коры — необычайно высокий кларк кислорода. Ничего подобного не обнаружено ни на Солнце, ни на других звездах. Объяснение этого замечательного явления связано не со строением ядра кислорода, а со способностью этого элемента образовывать очень прочные связи с кремнием, алюминием и некоторыми другими элементами. В свою очередь кремний и алюминий накапливаются в земной коре благодаря их способности образовывать легкоплавкие соединения со щелочами. В итоге была выплавлена и закреплена на поверхности нашей планеты уникальная твердая кремнекислородная оболочка.
Мы уже говорили о низких кларках благородных газов. Это явление объясняется их неспособностью связываться в химические соединения и закрепляться на планете. Поэтому происходит их диссипация — рассеивание в космос из атмосферы Земли. Но содержание одного из благородных газов — аргона систематически пополняется за счет самопроизвольно протекающей реакции превращения радиоактивного изотопа калия (^К). При этом около 12% этого изотопа превращается в аргон, а около 88% — в кальций.
В результате содержание аргона примерно в 100 раз больше, чем это можно ожидать по аналогии с другими благородными газами.
Изучение кларков земной коры позволяет понять многие загадочные явления. В качестве примера рассмотрим минералогический состав земной коры. Хотя мы все время говорим о химических элементах, но следует твердо помнить, что земная кора сложена не разобщенными атомами, а их определенными химическими соединениями.
Минералы — природные химические соединения. Несколько тысячелетий люди изучают минералы, и не из любопытства, а для удовлетворения насущных потребностей. Известно около 3000 минералов, широко распространены 400—500. Почему так мало? Небольшое число природных химических соединений вызывает удивление. Уже сейчас человек может синтезировать значительно больше искусственных соединений, и число их все возрастает. Но между лабораторией и природой есть большое различие. В лаборатории мы можем создавать любые соединения, создавая нужные соотношения и концентрации химических элементов. В природе соотношения элементов строго лимитированы их кларками. Чем больше содержится химического элемента в земной коре, тем больше может быть минералов, в состав которых он входит. Для образования многих соединений, которые мы синтезируем, в земной коре просто не хватает химических элементов.
Если не учитывать кислорода, который входит в состав 1364 минеральных видов, то наибольшее число минералов образует кремний. Известно 432 природных химических соединения этого элемента. Активными минералообразователями также являются остальные шесть элементов: Al, Fe, Са, Мб, К, Na, составляющие вместе с кислородом и кремнием более 99% массы земной коры.
Конечно, на образование природных химических соединений оказывают большое влияние и многие другие факторы, в первую очередь химические свойства элементов. Так, например, атомы элементов VIII группы таблицы Д. И. Менделеева не образуют соединений в силу строения наружных электронных оболочек. Разная способность химических элементов к образованию минералов в земной коре показана на графике (рис. 8). На нем по горизонтальной оси расположены элементы по возрастанию порядкового номера, а по вертикальной оси в логарифмическом масштабе указано число минералов, в состав которых входит данный элемент.
Верхняя горизонтальная пунктирная линия выделяет группу химических элементов, образующих большое число минералов п земной коре — от 100 и более. Большая часть этих элементов имеет высокое значение кларков (кремний, алюминий и др.), но есть элементы с небольшим и очень низким значением. Примером последних является свинец. Он содержится в земной коре в количестве всего около 1,6-10~8%, а свинцовых минералов значительно больше, чем минералов калия, значение кларков которого в тысячу раз превышает значение для свинца. Влияние кларков на образование природных химических соединений не следует понимать упрощенно. Содержание элемента в каждой точке земной коры не должно полностью совпадать с клерком, а более или менее отличаться. Кларк — это средняя величина.
Одни элементы распределены в земной коре более или менее равномерно, другие способны накапливаться на отдельных участках. Если низкокларковый элемент достаточно сильно концентрируется на небольшом участке, то здесь возможно образование его химических соединений. Поэтому минералов группы сульфидов тяжелых металлов (ZnS, PbS, FeS2 и др.), составляющих ничтожную часть земной коры —0,2% по массе, столько же, сколько и минералов группы оксидов, суммарная масса которых в земной коре в 100 раз больше.
|