Изучение химического состава литосферы при геохимическом исследовании.

Кларк марганца в земной коре составляет 0,1%. Кларк концентрации марганца в родоните – 400, в псиломелане – 500, в пиролюзите – 632. Таким образом, доступность того или иного элемента прежде всего определяется его способностью давать высокие кларки концентрации, то есть формировать минералы, скопления которых могут давать экономически целесообразные для разработки месторождения. Ученый В.В. Иванов в 1969 году дал генеральные оценки средних содержаний элементов-примесей в главных рудных минералах. Вычисленные из накопленного в мировой литературе аналитического материала, они показывают (таблица 9), какую огромную массу важных элементов-примесей несут в себе некоторые рудные минералы. В таблице 10 приведены кларки концентрации ряда элементов в промышленных месторождениях. Таблица 9 – Минеральные кларки некоторых элементов-примесей (Иванов В.В., 1969 г.)МинералInCdGeGaTlSeTeRePtPdTaNbScПирит----2481340,6-----Сфалерит492705433219--------Халькопирит1289---86370,10,181,0---Галенит472--4,65520------Молибденит2---111029114-----Каситерит24--40------1000140090Вольфрамит----------9535003Таблица 10 – Кларки концентраций некоторых элементов в промышленных месторождениях (1976 г.)ЭлементСодержание металла в руде, %Кларк концентрацийAl303,7Fe25-305-6Mn35350Cr301500Ni1,5188Zn4500Cu1140Sn1250Pb42500Ag500 г/т5000Au5-10 г/т1000-2000Геохимическая классификация элементовВ 1923 году В.М. Гольдшмидт, положив в основу эмпирически давно установленный металлургией факт распределения фаз в процессе доменной плавки руды на следующие составляющие: металлическую, сульфидную, силикатную и газовую, а также вместе с братьями Ноддаками систематически исследовал содержание различных элементов в этих фазах. При этом выяснилось, что все элементы довольно четко распределяются на близкие по свойствам к железу (сидерофильные), к меди (халькофильные), к элементам, образующим земные силикатные породы (литофильные) и к тем, что составляют земную атмосферу (атмофильные).Затем более 25 лет Гольдшмидт совершенствовал свою классификацию, и в 1954 году она получила вид, представленный в таблице 11. В виде периодической таблицы она изображена на рис. 2. Над геохимическими классификациями элементов много и плодотворно трудились советские геохимики, среди которых нужно отметить А.Е. Ферсмана, В.И. Вернадского и А.Н. Заварицкого. Таблица 11 – Геохимическая классификация элементов по Гольдшмидту, 1954 г.Рис.2 – Геохимические группы элементов по В.М. ГольдшмидтуГеохимическая классификация элементов Ферсмана была построена на основе периодической таблицы Менделеева (рис.3). В этом виде, по мнению Ферсмана, таблица очень удобна для самого широкого применения ее при анализе геохимических проблем. Рис. 3 – Геохимическая классификация элементов по А.Е. Ферсману, 1955 г.Глубокий геохимический анализ дал Вернадский в предложенной им классификации, в основу которой положены самые общие явления истории химических элементов в земной коре. Самые общие явления можно свести к признакам:- присутствие или отсутствие в истории данного хим.элемента в земной коре химических или радиохимических процессов;- характер этих процессов: их обратимость или необратимость;- присутствие или отсутствие в истории химических элементов в земной коре их химических соединений или молекул, состоящих из нескольких атомов. Таблица 12 и рис.4 отражают геохимическую классификацию элементов по Вернадскому. Таблица 12 – Геохимическая классификация элементов по ВернадскомуРис.4 - Геохимическая классификация элементов по Вернадскому, 1927 г.Геохимическая классификация элементов, предложенная А.Н. Заварицким в 1944 году, построена подобно классификации Ферсмана на основе развернутой таблицы Менделеева (рис.5). в таком виде данная таблица наглядно выражает основной геохимический закон нахождения хим.элементов в земной коре, который зависит от строения атомов этих элементов. Геохимическая классификация элементов по Г. Бергу отражена на рис. 6. Рис. 5 - Геохимическая классификация элементов по А.Н. Заварицкому, 1950 г.Рис. 6 - Геохимическая классификация элементов по Г. Бергу, 1933 г.В настоящее время геохимическая классификация элементов строится на следующих принципах. Литофильные элементы – это элементы горных пород. На внешней оболочке их ионов находится 2 или 8 электронов. На кривой атомных объемов (рис. 7) они располагаются на вершинах и нисходящих участках. Теплоты образования их окислов больше, чем у FeO, а разность теплот – мера литофильности. Литофильные элементы трудно восстанавливаются до элементарного состояния. Обычно они связаны с кислородом и составляют основную массу силикатов и алюмосилиатов. Встречаются также в виде окислов, фосфатов, сульфатов, боратов, карбонатов и галогенидов. Литофильные элементы преимущественно парамагнитны, имеют высокие отрицательные значения стандартных потенциалов. [1]В.В. Щербина в 1971 году к числу литофильных отнесла 54 элемента: щелочные и щелочноземельные, B, Al, Sc, лантаноиды и актиноиды, C, Si, Ti, Zr, Hf, P, V, Nb, Ta, O, Cr, W, галогены, Mn, возможно Tcи At. Халькофильные элементы – это элементы сульфидных руд. На внешней оболочке их ионов располагается по 8 (S, Se, Te) или 18 (у остальных) электронов. Они располагаются на восходящих участках кривой атомных объемов (рис.7). теплота их образования ниже, чем у FeO. Они диамагнитны, имеют отрицательные значения стандартных потенциалов, но меньше, чем у литофильных элементов.Рис.7 - Геохимическая таблица элементов, расположенных на кривой атомных объемов (Эльяшевич М.А., Штейнман Р.Я., 1970 г.)В природе встречаются в виде сульфидов, селенидов, теллуридов, а также в виде самородных элементов (Cu, Ag, Hg, Pb, Zn, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Sn). Кроме вышеуказанных к халькофильных элементам относятся Ca, Ge, Cd, In, Tl, Po – всего 18 элементов. Сидерофильные – элементы с достраивающимися электронными d- и f-оболочками. Сюда относятся все элементы VIII группы таблицы Менделеева, а также Mo, Tc, Re, Au – всего 13 элементов. Сидерофильные элементы занимают минимумы кривой атомных бъемов. Часть окислов имеют теплоту образования, близкую к таковой FeO, большинство же из них химически инертно и поэтому встречается в самородном состоянии. Сидерофильные элементы ферромагнитны и парамагнитны. Электродные потенциалы отрицательны. Почти все сидерофильные элементы встречаются в самородном состоянии. Атмофильные элементы – элементы атмосферы. Большинство из них имеет атомы с заполненными электронными оболочками – это инертные газы He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, а также Nи H. Данные элементы преимущественно диамагнитны. Вследствие высоких потенциалов ионизации с трудом вступают в соединения с другими элементами и поэтому в природе находятся (кроме H) главным образом в элементарном(самородном) состоянии. ЗаключениеСовременные методы — радиометрия, нейтронно-активационный, атомно-абсорбционный и другие анализы позволяют с большой точностью и чувствительностью определять содержание хим.элементов в горных породах и минералах литосферы. По сравнению с началом XX в. количество данных увеличилосьв несколько раз.[2]Со дня опубликования первой таблицы Кларка прошло почти 100 лет, проделана огромная работа, и общая картина распространенности элементов выявилась достаточно отчетливо. В 1944 г. Ферсман говорил, что после длительной, почти пятидесятилетней работы геохимия овладела новым числом — новой константой мира. Прежде всего подтвердилось гениальное положение Вернадского о рассеянном состоянии химических элементов. Для таких элементов, как I, Hf,Sc,Rb,In,Cs,Ra идр. редких хим.элементов рассеянное состояние является основным, ввиду того, что они не образуют или почти не образуют собственных минералов; для большинства элементов — преобладающим, и только для O, Si, Al, Fe, Ca, Na, Kи Mgглавная форма нахождения — собственные минералы.Таким образом, все элементы естьвезде,в каждой частице минерала или горной породы, в каждой капле природной воды, речь может идти только о недостаточной чувствительности современных методов анализа, не позволяющих на данный момент определить содержание того или иного элемента в любом объекте природы. Кроме того, математическое описание особенностей распределения хим.элементов в литосфере позволит оценить представительность имеющейся на данном этапе геохимической информации, а также станет основой для суждения о вероятностных колебаниях состава отдельных структурных единиц и оболочек литосферы. [2]Список используемой литературы1. Барабанов В.Ф.Геохимия: учебник для вузов. – Л.: Недра, 1985.- 423 с.2. Беус А.А. Геoхимия литoсферы (породooбразующие элементы). М., Недра, 1972. – 296 с.3. Войткевич Г. В., Закруткин В. В.Основы геохимии. Учебноепособие для студентoв геологических специальностей вузов. М., «Высшая школа», 1976. - 368 с.4. Родыгина В.Г. Курс геохимии: Учебник для вузов. - Томск: Р 617 Изд-во НТЛ, 2006.-288 с.