Химические элементы воды. Химик Ф. У. Кларк. Кларки гидросферы и твердой земной коры литосферы

ГЕОХИМИЯ ВОДЫ

 

Химические элементы воды. Химик Ф. У. Кларк. Кларки гидросферы и твердой земной коры литосферы

 

 

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:

 

ВОДА И ЖИЗНЬ

 

Геохимия. Изучение геохимических данных о содержании...

 

Образование гидросферы Земли. Откуда взялась вода

 

Основные законы геохимии, геохимические закономерности...

 

Занимательная геохимия. Химия земли

 

Из чего состоит вода, значение воды в геохимии

 

ВОДА — химическое соединение водорода с кислородом.

 

ЖИДКАЯ ФАЗА ПОЧВЫ или почвенный раствор.

 

Состав воды... 

КЛАРКИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВОДАХ

 

В природных водах обнаружены почти все химические элементы периодической системы Д. И. Менделеева, даже самые редкие, например золото, радий. Так, с помощью нейтронно-активационного анализа установлено, что в литре океанической воды содержится около Ю-9 г благородного металла, в 10 тыс. раз меньше радия — Ю-13 г.

 

Главным элементом вод является кислород, так как он преобладает по массе в формуле воды (88,8%). Меньше в чистой воде водорода — 11,2%. Многие воды содержат значительные количества кальция, магния, натрия, хлора, серы, углерода и других так называемых макроэлементов. Конечно, они находятся в воде не в элементарной форме, а в виде ионов, молекул, соединений, но в геохимии принято рассчитывать содержание на элемент. Число макроэлементов невелико, как правило, не превышает 10. Большинство элементов содержится в водах в количествах, не превышающих 0,001%, их именуют микроэлементами.

 

Кларки гидросферы и твердой земной коры (литосферы)

 

К земной коре в геохимии принято относить литосферу, гидросферу и атмосферу, причем по массе абсолютно преобладает первая (более 95%)\ В связи с этим интересно сравнить среднее содержание элементов в гидросфере и литосфере. Средний состав литосферы установлен на основе вычисления средних величин из многих тысяч анализов гранитов, базальтов, известняков, глин и других горных пород.

 

Впервые эту задачу поставил и решил в конце XIX столетия американский химик Ф. У. Кларк (1847—1931). Свыше 40 лет посвятил он этой проблеме. В 1908 г. в США была опубликована фундаментальная сводка Ф. У. Кларка «Данные по геохимии» («The Date of Geochemistry»), в которой приведены его подсчеты среднего состава земной коры, различных групп пород, вод и т. д. Ученый условно принимал мощность земной коры в 16 км, что давало следующие соотношения: литосфера — 93%, гидросфера — 7%, атмосфера — 0,0и%. Пять раз переиздавалась книга, и в каждое издание Ф. У. Кларк вносил новые данные, уточненные расчеты.

 

В знак признания его заслуг А. Е. Ферсман предложил термином «кларк» имеповать среднее' содержание химических элементов в крупных природных системах. Так, говорят о кларках земной коры, Земли в целом, космоса, Мирового океана, живых организмов и т. д. Ф. У. Кларк толковал предмет геохимии в традициях XIX в., т. е. как совокупность сведений о химии земной коры.

 

Интересно по этому поводу писал В. И. Вернадский: «Кларк не ставил резко и определенно задачу геохимии как задачу изучения истории атомов планеты; это течение геохимии возникло позже и вне его мысли (в трудах В. И. Вернадского.—Л. П). Но благодаря тому реальному значению, какое возымели числа Кларка в новых учениях об атомах, тому влиянию, какое, они оказали на физическую и химическую мысль XX столетия, его работы целиком вошли в представления, слагавшиеся вне его кругозора» .

 

Нам остается добавить, что Ф. У. Кларк вместе с В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом и В. М. Гольдшмидтом вошел в число признанных основоположников геохимии. В дальнейшем проблеме кларков уделяли внимание почти все крупные геохимики. Наиболее достоверные подсчеты для литосферы выполнены в 1962 г. А. П: Виноградовым и в 1975 г. А. А. Беусом.

 

В гидросфере абсолютно преобладает Мировой океан (80% массы), много меньше поровых вод илов и горных пород (18,8%), ледяных покровов материков (1,2%). Воды атмосферы составляют 0,002%. На  2 куб 1 соответствует объему соленых вод океанов, морей и подземных вод; куб 2 — объему воды в ледниках Антарктиды, Арктики, высокогорий; куб 3 — объему пресных подземных вод и куб 4 — пресных поверхностных вод.

 

Поэтому состав океанической воды довольно близок к среднему составу природных вод, т. е. к кларкам гидросферы. На  3 приведены кларки океанической воды по А. П. Виноградову (196.7). Как видим, в океане преобладает кислород (85,7%), на втором месте стоит водород (10,8), далее следуют хлор (1,93) и натрий (1,03). Таким образом, океан в главных чертах представляет собой раствор поваренной соли (NaCl). Но в океанической воде установлены и почти все другие химические элементы. Характерна исключительная контрастность содержания элементов в океане. Первые восемь элементов — кислород (кларк 85,7%), водород (10,8), хлор (1,93), натрий (1,03), магний (0,13), сера (0,09), кальций (0,04), калий (0,038) — в сумме составляют 99,76%, и, следовательно, на 81 элемент приходится менее 1% массы гидросферы8. Сравним эти числа с кларками литосферы. Для нее, как и для гидросферы, характерно преобладание кислорода (кларк 47%), т. е. земная кора в целом это кислородная сфера. Далее в литосфере следуют кремний (29,5%), алюминий (8,05), железо (4,65), кальций (2,96), натрий и калий по (2,50), магний (1,87). И в литосфере первые восемь элементов составляют 99,03% массы твердой земной коры, а остальные 81 в сумме не составляют и 1%.

 

Хотя кларки океана и литосферы различаются (в океане на втором месте — водород, в литосфере — кремний, в океане на третьем месте — хлор, в литосфере — алюминий), все же нельзя не заметить и общие закономерности: резкую контрастность распространенности атомов, преобладание в обеих системах кислорода и небольшой группы элементов. Элементы, наименее распространенные в литосфере, редки и в океане (ртуть, золото, радий и др.). Это объясняется тем, что первоисточником элементов и для океана, и для земной коры была залегающая на глубине десятков километров ,деантия Земли. Как полагают большинство геохимиков, литосфера образовалась миллиарды лет назад в результате выплавления из мантии базальтов и других изверженных горных пород, а гидросфера — в результате дегазации из мантии летучих элементов и их конденсации (в первую очередь водяных паров, частично серы, хлора, фтора, брома, йода, селена и других элементов, образующих анионы). И в настоящую эпоху вулканические газы играют определенную роль в формировании состава океанов (вулканы связаны как с мантией, так и с магматическими очагами в земной коре).

 

В настоящее время (на 1982 г.) периодическая система Д. И. Менделеева включает в себя 107 химических элементов, из которых в земной коре обнаружено 89, остальные 18 получены искусственно, некоторые в количестве лишь нескольких атомов.

 

 



 

К содержанию книги: Геохимия природных вод

 

Последние добавления:

 

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОШЛОЕ ПОДМОСКОВЬЯ   КАЛЕДОНСКАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ     Поиск и добыча золота из россыпей    ГЕОЛОГИЯ КАВКАЗА    Камни самоцветы