|
Легко ли установить химический состав земной коры? Такая титаническая работа непосильна не только одному человеку, но и целому поколению. Для решения этой задачи требовались усилия многих и многих ученых, представителей разных наук.
Особенно важное значение имели химические исследования. Один из классиков естествознания, наш замечательный соотечественник М. В. Ломоносов ясно представлял многие геохимические проблемы и подчеркивал ведущую роль химии в познании недр Земли. Эту идею он настойчиво развивал в своих научных трудах, таких, как «Слово о пользе Химии» (1751 г.), «Слово о разделении металлов от трясения земли» (1757 г.) и в обширном трактате «Первые основания металлургии или рудных дел» (1763 г.). Эти мысли казались ему настолько важными, что он их пропагандировал и в поэтической форме:
В земные недра ты, Химия, Проникни взора остротой И, что содержит в них Россия, Златы сокровища открой.
Исторически так случилось, что миссию по изучению химии Земли в XVIII—XIX вв. взяла на себя минералогия — наука о природных химических соединениях. Не случайно один из основателей химии — И. Берцелиус называл минералогию «химией земной коры». Постепенно, к середине прошлого века, был накоплен обширный материал о составе не только распространенных, но и редких минералов. Внимание большинства ученых было сосредоточено на кропотливом сборе фактов. Время крупных обобщений еще было впереди. Тем не менее попытки таких обобщений предпринимались с начала XIX в. В 1813 г. немецкий химики Деберейнер обратил внимание на преобладание в земной коре элементов с небольшими атомными массами. В 1815 г. английский минералог Филлипс впервые произвел подсчеты содержания 10 химических элементов в земной коре. Французский геолог Эли де Бомон в 1847 г. сделал попытку объяснить образование химического состава земной коры в связи с вулканической деятельностью. Но эти ориентировочные расчеты не привлекли внимания ученых и не нашли отражения ни в научных сводках, ни в учебниках. Это хорошо понимали многие ученые. В одном из первых учебников геологии, переведенных в России, известный геолог К. Фохт писал о том, что химическая сторона геологии еще слишком мало разработана, а изучение ее находится еще в младенчестве.
В конце XIX в. главный химик Геологической службы США Ф. Кларк начал свою многолетнюю работу по определению химического состава земной коры на основании статистического обобщения данных анализов. Он рассуждал следующим образом: чем более распространен какой-либо тип горных пород, тем в большем количестве отбираются образцы этих пород, тем чаще выполняются их анализы. Суммируя все имеющиеся анализы, можно получить представление о составе верхней части земной коры. Эту верхнюю часть Ф. Кларк условно ограничил глубиной 10 миль (16 км). Более сорока лет работал ученый над этой проблемой и несколько раз (с 1908 по 1924 г.) публиковал все более подробные сведения о содержании химических элементов и других природных образований в земной коре.
Положения, из которых исходил Ф. Кларк, были не абсолютно правильны. Одна формальная статистика не может дать исчерпывающий ответ на сложный вопрос о составе земной коры. Строение земной коры в начале нашего века еще не было изучено настолько, чтобы это можно было учесть при расчетах. Последние цифры Кларка, опубликованные в 1924 г., базировались на внушительном фактическом материале — более 5000 химических анализов. Но все пробы были отобраны на суше и, следовательно, могли характеризовать не земную кору в целом, а лишь ее континентальный тип. Тем не менее работы американского ученого открыли новый этап изучения Земли — исследования по оценке количественной распространенности химических элементов в земной коре и других объектах.
Ф. Кларк установил, что в составе земной коры преобладают восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, калий и натрий. Этот основной вывод был неоднократно подтвержден другими исследователями.
В таблице приведены данные, полученные учеными в разное время. Эти данные показывают развитие представлений о составе земной коры. В первой графе помещены цифры, найденные Ф. Кларком. Они вычислены при условном ограничении изученной мощности земной коры глубиной 10 миль (16 км). Во второй графе находятся данные академика А. П. Виноградова, которые рассчитаны из условного соотношения двух частей гранита и одной части базальта. Как мы знаем из предыдущего раздела, это не отражает истинного, соотношения горных пород в земной коре. Третья графа содержит цифры, впервые рассчитанные с учетом определения объема земной коры, нижней границей которой является поверхность Мохоровичича. Данные советских геохимиков А. Б. Ронова и А. А. Ярошевского получены аналогичным образом, но на основании более точных сведений.
Как следует из данных, приведенных в таблице, колебания в цифрах, вычисленных разными учеными, не меняют общую картину. В составе земной коры резко преобладают кислород и кремний, которые составляют примерно 3/4 всей ее массы.
Таким образом, в конце XIX в. стало научным фактом, что земная кора состоит из восьми элементов, которые составляют более 99% ее массы и среди которых на первом месте стоят кислород и кремний. Правда, представления об этом кремнекислородном веществе носили несколько отвлеченный характер. Минералоги и химики прекрасно знали, что земная кора состоит не из беспорядочной смеси атомов кислорода, кремния и других распространенных элементов, а из вполне определенных минералов, т. е. природных химических соединений. Но их строение было неизвестно.
|