 |
|
|
Ферсман. Химия Земли и Космоса |
Химический состав земной коры
|
А.Е. Ферсман
Смотрите также:
Ферсман. Рассказы о самоцветах
ФЕРСМАН. ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ МИНЕРАЛОГИЯ
Ферсман. Путешествия за камнем
Ферсман. Геохимия - химия земли
Биографии геологов, почвоведов
|
Количественный состав
§ 8. Пока мы рассмотрели первую часть нашей задачи: какие типы и виды элементов нам известны в окружающей нас природе. Теперь вернемся опять к нашей земной коре и посмотрим, как в ней распределены отдельные элементы.
В этом вопросе мы встретимся прежде всего стремя основными проблемами: во-первых, сколько каждого элемента в среднем входит в изучаемую нами земную кору, во-вторых, как эти элементы распределены в пространстве в разных оболочках земли, и в-третьих, какие сочетания элементов при этом наблюдаются.
Проблема среднего состава земной коры сейчас решена довольно полно. С 1889 г., благодаря удачной идее американского геохимика Clarke, началась работа в этом направлении и сейчас за 30 лет работы, благодаря трудам норвежского геолога Vоgt'a, самого Clarke, геохимика и петрографа Вашингтона, академика Вернадского и других, средний состав земной коры во всех ее оболочках в первом приближении решен (11). Привожу сначала подсчеты для трех главных оболочек: атмосферы, гидросферы и литосферы (таблицы I и II).
ТАБЛИЦА I. Состав атмосферы (12). (по весу). • N 75,47470 О 23,19153 А 1,29985 Кг ..... . 0,02800 Хе 0,00500 Ne 0,00086 Не 0,00006 Сумма 100°/о ТАБЛИЦА II. Состав океана (13). (по весу). О .......... . 85,79 Н 10,67 С1 2,07 Na 1,14 Mg ^ 0,14 S 0,09 Са 0,05 К 0,04 С 0,003 Вг 0,002 Сумма 99,995
ТАБЛИЦА III. Средний состав литосферы (14). (по весу). По Вашингтону 1920. по клерку 142U. Магм. Сланцы Песчан. Извести. Средн. Маг мат. 95»/i> 4% 0,75»/» 0,25»/» о/о лиорнГ„1. SiOs. . 59,83 58,10 78,33 5,19 59,77 59,09 А1,0,. . 15,02 15,40 4,77 0,81 14,89 15,35 Fe,0, . 2,62 4,02 1,07 0,54 2,69 3,08 FeO . . 3,43 2,45 0,30 — 3,39 3,80 MgO. . 3,74 2,44 1,16 7,89 3,74 3,49 CaO. . 4,83 3,11 5,50 42,57 4,86 5,08 Na,0 . 3,37 1,30 0,45 0,05 3,25 3,84 K,0 . . 3,05 3,24 1,31 0,33 2,98 3,13 HsO . . 1,90 5,00 1,63 0,77 2,02 1,14 TiOa. 0,79 0,65 0,25 0,06 0,77 1,05 ZrOj . 0,023 — _ _ 0,02 0,039 coa. . 0,49 2,63 5,03 41,54 0,70 0,102 PjOS . 0,29 0,17 в,08 0,04 0,28 0,30 S . . . 0,10 — — 0,09 0,10 0,53 SO, • • 0,64 0,07 0,05 0,03 — CI. . - 0,063 — — 0,02 0,06 0,056 F . . . 0,10 — — — 0,09 0,078 BaO . . 0,10 0,05 0,05 — 0,09 0,055 SrO . . 0,043 — - — 0,04 0.022 MnO. . 0,10 _ _ 0,5 0,09 0,125 NiO . . 0,026 _ - — 0,025 0,025 СггО, . 0,048 - - - 0,05 0,056 V,Or • 0,026 ... - 0,025 0,032 Li30 . • 0,011 — — _ 0,01 0,007 С . . • 0,80 - - 0,03 - Сумма. . . 100»/» - - -
ТАБЛИЦА IV. Средний состав магматических пород (по весу) (15) '). ТАБЛИЦА V. Вашингтон далее продолжает таблицу (IV) (по весу), (для магматических пород)(15).
По Клерку 1920. По Вашингтону 1920. 0 . . . . 47,29 46,43 Si 28,02 27,77 А1. . . . 7,% 8,14 Fe .... 4,56 5,12 Mg . . . . 29 2,09 Са .... 3,47 3,63 Na .... 2,50 2,85 К .... 2,47 2,60 Н 0,16 0,127 Ti 0,46 0,629 *Zr ... . 0,017 0,028 *С .... 0,13 0,027 Р 0,13 0,130 S 0,10 0,052 *С1 . . . . 0,063 0,055 1 »F .... 0,10 0,077 Ва .... 0,093 0,048 Sr 0,034 0,018 Мп . . . . 0,-078 0,096 *Ni .... 0,020 0,019 *Сг .... 0,034 0,037 *Y .... 0,017 0,021 (=2,1.10 *)
На основании имеющихся данных состава атмосферы, гидросферы и разных оболочек литосферы можно подойти к определению среднего состава всей земной коры, данному на нижеследующей таблице VI. Си Цериев Be Со В Zn РЬ А Cd Sn Hg Sb Mo Ag W Bi Se Au Br Те P!
ТАБЛИЦА VI. Средний состав всей земной коры (трех оболочек) (17). П о весу. По числу атомов. 5 Название 1. 2. 3. 4. 54 6. 7. 1 элемента. Знак N атомн.) Clarke 1920 Вериад- 1908 1922 1912 Ферсман 1922 я с 1 Кислород . 0 8 50,02 49,7 — 53,81 53,81 2 Кремний . Si 14 25,80 26,0 — 15,85 15,85 3 Алюминий. А1 13 7,30 7,45 - 4,76 4,76 4 Железо. . Fe 26 4,18 4,20 — 1,30 1,30 5 Кальций . Са 20 3,22 3,25 — 1,44 1,44 6 Натрий. . Na 11 2,36 2,40 - 1,80 1,80 7 Калий . . К 19 2,28 2,35 — 1,04 1,04 8 Магний . . мЕ 12 2,08 2,35 — 1,67 1,67 9 Водород . н 1 0,95 1,0 - 17,18 17,18 10 Углерод . с 6 0,18 0,4 0,35 0,58 0,50 11 Титан . . Ti 22 0,43 0,5 — 0,18 0,18 12 Хлор . . . С1 17 0,20 0,2 — 0,10 0,10 13 Фосфор. . р 15 0,11 0,1 — 0,056 0,056 14 Сера . . . S 16 0,11 0,1 — 0,054 0,054 15 Фтор . . . F 9 0,10 0,04 0,08 0,036 0,072 16 Барий. . . Ва 56 0,08 0,04 — 0,0054 0,0054 17 Марганец . Мп 25 0,08 0,09 - 0,028 0,028 18 Азот . . . N 7 0,03 0,04 — 0,049 0,049 19 Стронций. Sr 38 0,02 0,01 0,02 0,0019 0,0035 20 Литий. . . Li 3 - 0,01 0,005 0,025 0,012 21 Бор. . . . В 5 - 0,01 0,001 0,017 0,002 22 Цирконий. Zr 40 - 0,03 — 0,0057 0,0057 23 Ванадий . V 23 — 0,01 0,02 0,0034 0,0068 24 Хром - . . Cr 24 - 0,01 0,02 0,0033 0,0066 25 Никкель . Ni 28 — 0,01 0,02 0,0029 0,0058 26 Бром . . . Остальные элементы. Br 35 0,47 0,01 2] 0,0021 0,0020s; ТАБЛИЦА VII (18) по столбцу 5 табл. VI, табл. V и по Вернадскому (1923 г.). Средний состав всей земной коры по декадам. (По весу). °/о содерж. Сумма °/o по весу; перечисл. на 100°/o. больше 10 I. О, Si 75,43 1 II. Al, Fe, Са, Na, К, Mg, Н. . . . 22,93 0,1 III. Ti, С, С1, Р, S 1,24 0,01 IV. Mil, F, N, Ba, Zr, V, Cr, Ni, Sr, Br. 0,37 10~3 V. Li, Be,Cu, Co,Zn, Pb, В.Сеиред. земли (У, La и др.), Th 0,028 Ю- VI. As, Sn, Ar, U, J, Ha 0,0018 Ю-5 VII. Cd, Hg, Sb, Mo, Nb 0,00021 Ю-6 VIII. Ag, W, Bi, Та, Rb 0,000022 10-' IX. Se, An, Те, TI, Cs, In 0,0000025 Ю-8 X. He, Ne, Ga, Qe, Kr, Ru, Rb, Pd, и ниже. Xe, Po,£m, Ra, Ac, Pa, меньше 0,0000010
ТАБЛИЦА VIII (19), по столбцу 7 табл. VI. Средний состав всей земной коры по числу атомов. Число Количество элементов. атомов о/о. I. 0, H, Si 3 86,84 11. Al, Na, Mg, Ca, Fe, К 6 12,01 111. С, Ti, CI 3 0,78 IV. F, P, S, N, Mn, Cu, Li 7 0,291 V. Be, Сг, V, NI, Zr, Ba, Sr, B, Br. 9 0,0468 Вероятная VI - Ar, Co, Zn, As, Ce, Sn, J, Pb 28 свыше 99,96
ТАБЛИЦА IX. Изображение таблицы VIII по порядковым числам (28 элементов). (Числа положит, заряда ядра). ТАБЛИЦА X (21). Изображение таблицы VIII по изотопическим числам. (Числа нейтральных электронов в ядре). I. 0. — . О, 1 (2). II. 1. 1. 0, 1, 2. 0. 4. 1, 3. III. 0.4.1, 3. IV. 1. 1. 0. 0. 5. 5. 0,1. V. 1. 4. 5. 2, 4. 10. 22. 12. 1. 10. Жирно напечатаны изотопические чисЛа выше 6. Для сравнения привожу следующую декаду: VI. О, 4. 5. 5. 9. 24. 19. 21. 44, 45, 46.
Вышеприведенные таблицы дают основной фактический материал для суждения о распространенности отдельных элементов в земной коре.
§ 9. На основании собранного фактического материала последовательно можно перейти к формулировке некоторых выводов, непосредственно намечающихся при наблюдении полученных результатов. В настоящем я сведу их без какой-бы то ни было попытки пока дать им толкование, к каковому я i перейду позднее, в главе XI и XII.
1. Химические элементы входят в состав земной коры в количествах весьма различных, причем амплитуда этих колебаний превышает 10®, т. е. миллиард раз. 2. Преобладающее значение в земной коре имеют только немногие элементы из 88 известных, причем можно подсчитать, что (по числу атомов, см. табл. VI, столбец 7) первые 3 составляют 86,84 °/о » 9 » ...... 98,85 » 12 » ...... 99,63 » 19 » ..... . 99,921 » 28 » ... свыше 99,967
3. Преобладающее значение имеют в земной коре элементы легкие, с низкими атомными весами и малыми порядковыми числами. В таблице IX даны порядковые числа первых 28, из каковой мы видим, что в их числе имеется только пять элементов с порядковым числом выше 28, а именно: 29 — Си, 35 — Вг, 38 — Sr, 40—Zr, 56—Ва, и отсутствуют только элементы: 2 — Не, 18 — Аг, 21—Sc, 27 — Со. Два из этих элементов (Аг и Со) уже занимают первое место в следующей декаде.
4. Согласно работам Harkins'a, элемент определяется не только атомным весом (Р) или порядковым номером (М), но еще изотопическим числом изотопа (п). Таблица X обнаруживает преобладание тех изотопов, числа коих наименее отклоняются от 0, и, значит, именно тех элементов, для которых атомный вес получается ближе всего удваиванием атомного числа. На эту сторону вопроса в свое время обратил внимание сам Harkins. Уже в пятой декаде наблюдается большое отклонение от этой схемы, причем сразу скачком, с середины ее, идет резкое изменение свойств.
5. Любопытно преобладание в земной коре элементов четных порядковых чисел и четных атомных весов. В таблицах VII и VIII четные элементы набраны жирно по порядковым номерам. На это явление тоже в свое время обратил внимание Harkins.
Если сравнивать атомные числа, то и в них заметно преобладание четных; если известно несколько изотопов, то преобладает обычно четный, что видно из среднего природного атомного веса. Если мы расчислим по таблице VIII, то на четные упадет 74,84°/о, а на нечетные 25,12, т. е. 3 к 1. Если расчислить по таблице VII (цифры столбца 4 и 5 табл. VI),- то соотношение получается 86,31 к 13,68, т. е. немного более, чем 6 к 1.
В этой таблице помещены и изотопы в скобках, причем набран жирно тот изотоп, который в смеси преобладает. При подсчетах только он и принимался во внимание '). На основании этой таблицы мы делаем вывод: В земной коре '/ю числа всех элементов принадлежит типу 4q-|-0; второе место занимает водород, к которому относится несколько менее 2/ю всех атомов коры; третье место принадлежит (менее /") атомам типа 4q-j- 3, тогда как на оба типа 4q-|—1 и 4q —{— 2 приходится только около 7/ioooo долей общего числа атомов.
Harkins в своих расчетах поступал иначе, основываясь на весьма еще спорных подсчетах количественного распространения отдельных изотопов одного и того же типа. Преобладание типа 4q, а потом типа 4q-J-3 сказывается не только в этих количественных подсчетах, но и в особых свойствах тех групп элементов, которые являются смесями нескольких изотопов. В них всегда средний атомный вес смеси элемента, как мы его наблюдаем в природе, ближе к типу 4q или 4q-f-3, чем к другим типам, что показывает на преобладание именно этих двух типов
Наконец, особый интерес представляет' список элементов типа 4q: он нам необычайно напоминает элементы, из которых состоят метеориты (см. ниже на стр. 47). 7. Очень характерно преобладание элементов, не образующих изотопы, т. е. чистых. Из первых 28, насколько нам известно, только Si, Mg, К, CI, Li, Ni, Br и, может б^ть, Fe состоят из изотопов.
На элементы чистые приходится около 80°/о общего числа атомов. 8. Весьма характерно присутствие в списке наиболее распространенных элементов, главнейших элементов живой материи О, Н, Na, Mg, Са, Fe, К, С, CI, Р, S, N, F, причем за исключением только Mg, К, С1 и может быть Fe, все они принадлежат к элементам чистым, т. е. без известных нам изотопов.
9. При сравнении с Менделеевской таблицей наблюдается преобладание четных вертикальных групп, что можно было вывести из 5 пункта. Подавляющее число атомов принадлежит несомненно к четным рядам таблицы. 10. Как это вытекает из пункта 3, почти все распространенные элементы относятся к верхним четырем рядам Менделеевской таблицы, сразу обрываясь на Ni или Си, т. е. на 28 порядковом числе. За этим числом начинается как бы совершенно новая область химических элементов, резким скачком отделенная от вышележащих четырех рядов. 11. Радиоактивные элементы занимают ничтожно малое место в природе, равно как другие более тяжелые химические элементы, значение коих в общем убывает с увеличением атомного веса и порядкового числа.
Резюмируем: в земной коре преоблг1дают легкие элементы четных порядковых чисел, почти без иск.лючения составляющие первые два больших ряда Менделееве^0** системы, по преимуществу построенные по типу 4, реж£ по ТИПУ 4q-f-3, принадлежащие к четным группам МенДелеевской системы и в общем чаще чистые, не образующий изотопов и преимущественна нерадиоактивные. Метод количественного подсчета валового состава земной коры оказало1 необычайно важным для разрешения ряда геохимических про*3лем: .числа, выражающие означенный состав, должны отныне шиеноваться клерков- скими числами с подразделениям их на клерковские весовые и объемные числа или буквенно Кр и Kv.
|
|
|
|
К содержанию книги: ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗЕМЛИ И КОСМОСА
|
Последние добавления:
Перельман. Биокосные системы Земли
Вильямс. Травопольная система земледелия
Качинский - Жизнь и свойства почвы