Найпоширеніший хімічний елемент земної кори

Земна кора складається в основному з дев’яти елементів, на які припадає 99,79 % (табл. 1). Серед решти переважають титан, фосфор, марганець, фтор, сірка, стронцій, барій, вуглець, хлор, нікель. Тому, попри велику кількість можливих комбінацій хімічних елементів, число основних породоутворюючих мінералів у цілому невелике. Декілька елементів — таких, як золото, срібло, мідь, сірка, платина, вуглець у формі графіту і алмазу — зустрічаються в чистому вигляді, але більшість — у вигляді хімічних сполук. Оскільки вміст кисню в земній корі є найбільшим, то хімічні сполуки з ним інших елементів особливо поширені. Кремній та алюміній, які займають відповідно друге і третє місця, найчастіше входять до складу силікатних мінералів. Силікати — це сполуки кремнію і кисню з іншими елементами — такими, як алюміній, натрій, калій, залізо і магній. Порівняно рідше мінеральні сполуки містять карбонати, сульфіди, сульфати, хлориди, фосфати, гідроксиди, нітрати і борати.

Таблиця 1. Вміст у земній корі найбільш поширених елементів (за О.П. Виноградовим, 1959 р.)

Елемент	Відсоток від загальної маси	Елемент	Відсоток від загальної маси
Кисень	47,2	Натрій	2,64
Кремній	27,6	Калій	2,6
Алюміній	8,8	Магній	2,1
Залізо	5,1	Водень	0,15
Кальцій	3,6	Усі решта	0,21

Хімічний склад у земній корі безперервно оновлюється. Пояснюється це постійним переміщенням хімічних елементів у складі газів, водних і твердих розчинів. Завдяки міграції елементів між різними шарами кори, а також між материками і океанами здійснюється взаємний обмін речовиною. Але дослідження хімічного складу континентального й океанічного типів кори показали, що між ними є помітні відмінності: в континентальній земній корі підвищений вміст оксидів кремнію, натрію, калію і фосфору, в океанічному типі оксидів алюмінію, кальцію, заліза, титану, марганцю.

Хімічний склад земної кори, маса якої становить лише 1 % маси планети, відмінний від складу Землі в цілому. За даними О.Є. Ферсмана, найпоширенішими елементами Землі є (% маси): залізо — 39,76; кисень — 27,71; кремній — 14,53; магній — 8,69; нікель — 3,46; кальцій — 2,32; алюміній — 1,79; сірка — 0,64; інші — 1,1. Середній хімічний склад земних порід близький до складу більшості метеоритів. Таку ж схожість засвідчили дослідження ґрунту Місяця, доставленого на Землю автоматичними станціями і астронавтами. Таким чином, зіставлення хімічного і мінерального складу метеоритів та інших тіл Сонячної системи свідчить про єдність походження матерії внутрішніх планет.

В природі мінерали (однорідні за складом і будовою хімічні сполуки або однорідні елементи) зустрічаються у твердому, рідкому або газоподібному стані. Основну масу складають тверді мінерали. Кристали мінералів мають форму багатогранників, для них характерне строго закономірне розташування атомів, з яких вони складаються.

Мінерали визначаються з допомогою спеціальних методів дослідження за кольором, блиском, спайністю, зломом, твердістю, кольором риски, питомою масою, розчинністю, магнітними властивостями, заломленням світлових і рентгенівських променів.

У природних умовах мінерали складають різні сполучення і утворюють гірські породи, які за походженням поділяють на три групи: магматичні, осадові, метаморфічні. Основну масу земної кори складають магматичні гірські породи (близько 95 % її маси). Поверхня ж Землі на 75 % складена осадовими породами і на 25 % — магматичними і метаморфічними породами.

Магматичні породи утворюються з магми або лави (вилитої на поверхню магми). Породи, що утворилися з магми на глибині, називаються інтрузивними, а на поверхні — ефузивними. Магматичні породи складаються переважно з силікатів і алюмосилікатів, найважливішими компонентами яких є оксиди кремнезему Si02 і глинозему А1203. За вмістом кремнезему магматичні породи поділяються на чотири групи, які представлено в табл. 2.

Таблиця 2. Поділ магматичних порід за вмістом кремнезему

Породи	Вміст Si02, %	Характерні породи
Породи	Вміст Si02, %	Інтрузивні	Ефузивні
Ультраосновні	40	Дуніти, піроксеніт, перідотит
Основні	40—52	Габро	Базальт, діабаз
Середні	52—65	Діорит	Андезит
Кислі	65	Граніт	Ліпарит (ріоліт)

Осадові гірські породи бувають уламкового, органічного і хімічного походження. Відомо, що під дією тепла та холоду, вологи, вітру гірські породи постійно руйнуються, розпадаються на уламки, пісок, пил, мул. Текучі води, льодовики, вітер зносять цей вивітрений матеріал у моря, озера, низовини. Найбільша кількість піщаного і мулистого матеріалу осідає в морях і океанах. Спочатку він представляє собою напіврідку масу, але пізніше під тиском нових шарів ущільнюється і згодом перетворюється в тверду осадову породу: пісок — у пісковик, глина — в глинистий сланець. Ці гірські породи уламкового походження. Осадові породи органічного походження утворюються в результаті нагромадження органічних решток після відмирання тварин та рослин. Так, наприклад, органічного походження є крейда, яка складається головним чином з панцирів дрібних одноклітинних водоростей і мікроскопічних раковин корененіжок. Органічне походження має багато вапняків і такі корисні копалини, як кам’яне та буре вугілля. Осадові породи хімічного походження утворюються в результаті випадання з водних розчинів різноманітних розчинених речовин (наприклад, кам’яна сіль).

Метаморфічні гірські породи утворюються в процесі глибинного перетворення осадових і магматичних порід, які, будучи похованими під пластами нових нашарувань, опиняються в умовах великого тиску і високої температури. Інколи відбувається повне переплавлення порід, внаслідок чого з граніту та одночасно з осадових порід утворюється гнейс, а наприклад, з рихлого пісковику — дуже твердий кварцит. Перекристалізація вапняку приводить до утворення мармуру. Метаморфічні породи відрізняються специфічним мінеральним складом і набувають нових текстурних ознак, наприклад сланцюватості. До числа найпоширеніших метаморфічних порід належать глинисті сланці, гнейси, кварцити, мармури, скарни, роговики.

Источник

Розділ 3. РЕЧОВИННИЙ СКЛАД І БУДОВА ЗЕМНОЇ КОРИ

Земна кора, як доступніша для вивчення з усіх геосфер Землі, є безпосереднім об’єктом геологічних досліджень. В ній сконцентровані всі види мінеральної сировини необхідної для існування людства, в зв’язку з чим саме ця складова нашої планети вивчена найбільш повно і детально. Окрім того, саме земна кора є основним середовищем техногенного навантаження і з метою запобігання екологічної катастрофи необхідно всебічно вивчити її склад, будову та закони розвитку.

Речовинний склад земної кори

Земна кора складена різними за походженням групами гірських порід (магматичними, метаморфічними, осадовими), які, в свою чергу, складені мінералами, а останні хімічними елементами. Таким чином, виходячи з концепції ієрархічної організації природної речовини, про склад земної кори можна судити через послідовне вивчення хімічних елементів, мінералів і гірських порід.

Хімічний склад земної кори

Земна кора в хімічному відношенні з усіх внутрішніх геосфер Землі вивчена найбільш детально. Але і в її межах достовірні дані про хімічний склад гірських порід отримані лише для самої верхньої, доступної для спостережень частини материків, тобто до глибини 10-15 км.

Перші відомості про хімічний склад земної кори належать американському вченому Ф. Кларку, який базуючись на результатах 6000 хімічних аналізів різних гірських порід у 1889 році вирахував і опублікував середні вмісти 50 основних хімічних елементів земної кори. Пізніше ці результати уточнювалися багатьма вченими, зокрема, В.І. Вернадським, О.П. Виноградовим, Г.В. Войткевичем, О.Б. Роновим, Р. Тейлером, О.О.Ярошевським та іншими, які не тільки суттєво доповнили знання про хімічний склад земної кори, але й за пропозицією О.Є. Ферсмана ввели поняття кларків.

Кларк – це середній вміст хімічного елемента у земній корі. Розрізняють масові (вагові), атомні та об’ємні кларки. Масові кларки – це середні масові вмісти елементів, виражені у відсотках або грамах на тону. Атомні кларки відображають процентну кількість числа атомів, а об’ємні показують, який об’єм породи у відсотках займає даний елемент.

Найпоширенішими хімічними елементами в земній корі, кларки яких перевищують одиницю або близькі до неї, є кисень, кремній, алюміній, залізо, кальцій, натрій, магній, калій та водень. Вони складають більше 98% земної кори, при цьому близько 80% припадає на долю кисню, кремнію та алюмінію (табл. 3.1).

Зазначені вище елементи (окрім водню), а також вуглець, фосфор, хлор та фтор є головними складовими гірських порід, у зв’язку з чим їх називають породоутворюючими, або петрогенними. Елементи, які характеризуються незначними кларками, утворюють групу рідкісних або розсіянихелементів. Окрім цього виділяють ще металогенні елементи, що складають, головним чином, руди металевих корисних копалин. До них відносяться мідь, свинець, цинк, молібден, ртуть та інші. Проте, існують також елементи, які в природі відіграють подвійну роль: з однієї сторони вони можуть виступати як петрогенні, і входять до основного складу гірських порід, а з другої – утворюють типові сполуки металів як рудогенні. Прикладом їх можуть слугувати залізо, марганець, алюміній та інші.

Таблиця 3.1.

Середній хімічний склад земної кори (хімічні елементи, %)

Елементи	За Ф.В. Кларком (1924)	За О.П. Винаградовим (1962)	За О.О. Ярошевським (1988)
O	49,52	49,13	47,90
Si	25,75	26,00	29,50
Аl	7,51	7,45	8,14
Fe	4,70	4,20	4,37
Mg	1,94	2,35	1,79
Ca	3,29	3,25	2,71
Na	2,64	2,40	2,01
K	2,40	2,35	2,40
H	0,88	0,15	0,16

Нерівномірність поширення хімічних елементів у земній корі є однією з особливостей її хімізму. Це також знайшло відображення в періодичній системі Д.І. Мендєлєєва. Так, кларки перших 30 елементів системи (від водню до цинку), здебільшого, складають цілі і десяті частки відсотків, кларки ж інших елементів лише в поодиноких випадках досягають тисячних часток відсотка.

Наочніше характер поширення хімічних елементів у земній корі виражається напівлогарифмічною кривою О.Є. Ферсмана (рис. 3.1), де на осі абсцис показані порядкові номери елементів періодичної системи, а на осі ординат – логарифми кларків. Як видно з діаграми, значення кларків більшості елементів займають положення поблизу трендової лінії. Ці елементи відносяться до елементів з нормальноюпоширеністю. Вище середньої кривої знаходяться надлишкові елементи, до яких відносяться практично всі петрогенні, а нижче цієї кривої розташовані елементи, які дістали назву дефіцитних. Це – благородні гази, берилій, гелій, селен, платиноїди, літій та інші.

Рис. 3.1. Логарифми кларків хімічних елементів земної кори (за О.Є. Ферсманом)

Абсолютна більшість хімічних елементів являють собою групу атомів з різним масовим числом, але з однаковим зарядом, тобто – це асоціації ізотопів. В земній корі існує більше 360 ізотопів. Окремі хімічні елементи складаються з декількох ізотопів. Наприклад, олово має десять ізотопів, ксенон – дев’ять, кадмій і телур по вісім. Такі елементи називаються складними. Існують також і прості хімічні елементи, які не мають ізотопів. До них належать залізо, натрій, фосфор, ванадій, марганець, золото та інші, всього 22. Ізотопний склад складних хімічних елементів залежить від їх походження. Так, свинець, до складу якого входять чотири ізотопи (Pb204, Pb206, Pb207,Pb208), може бути урановим, як продукт розпаду урану з ізотопом Pb206, або торієвим з ізотопом Pb204 (продукт розпаду торію).

Помилковим було б вважати, що саме елементи з високими кларками утворюють родовища корисних копалин. В даному випадку основна роль належить не кларковим вмістам, а властивостям того або іншого елементу утворювати значні концентрації. Наприклад такі метали як галій, цезій, берилій з високими кларками не утворюють самостійних родовищ, і навпаки більш рідкісні елементи, такі як вісмут, ртуть, золото, срібло, можуть утворювати промислові концентрації. Це пояснюється тим, що кларкові вмісти хімічних елементів залежать від будови атомного ядра, а властивість елементів утворювати промислові концентрації – від хімічних властивостей атомів і стійкості зв’язків зовнішніх електронів. Тобто у здатності атомів віддавати або приєднувати електрони і, таким чином, утворювати сполуки. Однією з форм існування таких сполук хімічних елементів є мінерали, як наступний рівень організації земної речовини.

Дата добавления: 2017-03-18; просмотров: 510 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Читайте также:

Рекомендуемый контект:

Поиск на сайте:

Источник

КАТЕГОРИИ:

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Тема 4.

Контрольні питання

1. Чому атмосфера, гідросфера і біосфера Землі знаходяться в постійному русі?

2. Назвіть головні компоненти повітря і поясніть їх походження.

3. У чому полягає захисна роль озонового шару для органічного життя на Землі?

4. Поясніть чому в більш щільних середовищах швидкості поширення сейсмічних хвиль зростають?

5. Як за допомогою сейсмічних хвиль отримуються дані про існування та агрегатний стан ядра Землі?

6. Які геосфери Землі перебувають в рідкому агрегатному стані і чому?

7. Яка середня щільність Землі і яким чином її визначили?

8. Накресліть розріз Землі та охарактеризуйте склад основних її оболонок.

9. Що означає поняття «фізичне поле Землі»? Які фізичні поля Вам відомі?

10. Назвіть фактори, від яких залежить величина сили ваги в будь-якому пункті поверхні Землі.

11. Які джерела теплової енергії формують внутрішню геотермічну зону теплового поля?

Речовинний склад земної кори. Геологічне літочислення (геохронологія)

Різноманітні мінерали а разом з ними і гірські породи земної кори складаються з різних хімічних елементів. Тому характеристика речовинного складу земної кори починається саме з цього – хімічного рівня організації речовини в природі.

Одне з основних питань вивчення хімії земної кори – визначення середніх величин процентного вмісту в ній окремих хімічних елементів. Такі параметри необхідні для встановлення закономірностей міграції елементів у земній корі з метою розробки методів пошуку їх родовищ. Без даних про середній вміст елементів неможливо також оцінювати перспективи нових рудопроявленнь, планувати напрямок пошуків і розвідки окремих видів корисних копалин, вирішувати багато інших завдань.

Єдиним способом одержання інформації про середні вмісти є масове випробовування гірських порід земної кори і визначення елементарного хімічного складу відібраних зразків. Перед початком таких робіт було ясно, що випробовування повинне охоплювати усю різноманітність гірських порід на всіх континентах, що вірогідність результатів буде прямо залежати від загальної кількості проб, які прийняті для розрахунків. Такий підхід був зумовлений надзвичайною складністю будови земної кори.

Роботи, які пов’язані із вивченням середніх вмістів окремих хімічних елементів, почали проводитися наприкінці XIX сторіччя американським геохіміком Ф.В. Кларком, який до 1924 року узагальнив дані близько 6000 хімічних аналізів порід. З метою уточнення результатів роботи проводилися й у наступні періоди. Кількість проб надалі збільшилася в багато разів. Це дозволило уточнити результати, але для більшості елементів мало змінило первісні дані.

Кларки хімічних елементів. Середні масові частки хімічних елементів у земній корі одержали назву кларків за іменем першого їх дослідника. Елементи, які найбільш поширені в земній корі наведені нижче.

Елементи	За Ф.В. Кларком (1924 р.)	За О.П. Вино-градовим (1949 р)	За О.О. Ярошевським і А.Б. Роновим(1976 р)
Кисень	49,52	47,20	46,50
Кремній	25,75	27,60	25,70
Алюміній	7,51	8,30	7,65
Залізо	4,70	5,10	6,24
Кальцій	3,29	3,60	5,79
Натрій	2,64	2,64	1,81
Магній	1,94	2,10	3,23
Калій	2,40	2,60	1,34
У сумі (%)	97,75	99,14	98,26

За А.Б. Роновим і О.О. Ярошевським відносно великі кларки мають ще 5 елементів:

Титан
Вуглець
Водень
Марганець
Сірка

0,52
0,46
0,16
0,12
0,11

У сумі вони дають 1,37%, що разом з найбільш поширеними елементами складає 99,63%. Таким чином, усі інші (понад вісімдесят) елементи таблиці Д.І. Менделєєва складають лише 0,37% маси земної кори. Це найбільш важлива і цікава особливість, яка пояснює всю складність пошуків, розвідки і видобутки багатьох корисних копалин.

Приклади кларків деяких елементів (за О.Є. Ферсманом):

Сірка
Мідь
Молібден
Ртуть
Срібло

0,1
0,01
0,001
1·10-4
1·10-5

Найбільш поширені вісім елементів, а також вуглець, фосфор, хлор, фтор і деякі інші відіграють головну роль в утворенні мінералів і гірських порід. Їх називають породоутворюючими або петрогенними елементами.

Становлення хімічного складу земної кори. Хімічний склад кори формувався поступово протягом усього часу її існування. І цей процес продовжується, тому що продовжуються ендогенні та екзогенні процеси. Вони викликають безупинну міграцію хімічних елементів, їх розсіювання, або навпаки – концентрацію в окремих частинах кори. Вивченням особливостей та закономірностей міграції хімічних елементів у земній корі займається геохімія.

Основним механізмом становлення земної кори і її хімічного складу є процес диференціації (розділення) речовини верхньої мантії. Цей процес активніше здійснювався на ранніх стадіях розвитку Землі, коли за умов високих температур мантійна речовина перебувала переважно у розплавленому, рухливому стані. Але й зараз диференціація мантії продовжується за допомогою магматичних явищ. Унаслідок цього з мантії вилучаються переважно легкоплавкі сполуки (K2O, NaО, SiО2,Al2O3), які й складають основну масу земної кори.

Атоми хімічних елементів у земній корі, як відзначалося раніше, утворюють різноманітні сполуки – мінерали.

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 3973; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рекомендуемые страницы: