Содержание химических элементов в земной коре

Среднее содержание химических элементов в земной коре выражается числами, которые называются кларками. Чаще эти числа содержания элементов даются в весовых процентах, иногда в частях на миллион (ppm) или, что то же самое, в граммах на тонну (г/т); последний способ выражения содержания более удобен для более редких элементов. Кроме кларков элементов земной коры, понятие «кларки элементов» применяется для литосферы и гидросферы, а также для выражения содержания элементов в осадочных породах. Однако неправомерным является выражение «кларки элементов» для обозначения содержания элементов в какой-нибудь определенной породе, на определенной территории и т.д. В этом случае следует говорить о средней распространенности элемента.

Первый и приблизительный подсчет содержания (распространенности) десяти главнейших элементов в земной коре дан еще в 1889 году Ф.У. Кларком, а для содержания большинства элементов в 1898 году И. Фогтом. В дальнейшем, уточнения и дополнения распространенности (среднего содержания) элементов делались в 1925-1930 гг. В.И. Вернадским, в 1923-1932 гг. – А.Е. Ферсманом, в 1931-1937 гг. – В.М. Гольдшмидтом, а впоследствии – и другими учеными.

Рассмотрение таблицы кларков позволяет сделать следующие выводы.

1. Содержание химических элементов в земной коре очень неодинаково. Так, кислород ⁸O в 1,5·10¹⁵ раз более распространен, чем полоний ⁸⁴Po. Относительное содержание больше у более легких элементов с малыми порядковыми номерами; с увеличением порядкового номера распространенность убывает.

2. Содержание элементов с четными номерами составляет 86%, а с нечетными – 14% массы земной коры.

3. Кажущаяся «частота» или «редкость» элементов не соответствует их действительным содержаниям. Так, свинец ⁸²Pb принято считать распространенным металлом, так как он давно вошел в технику и быт; на самом же деле содержание этого элемента в земной коре в 6-10 раз меньше, чем, например, у ванадия ²³V, который обычно считают редким металлом.

Определение содержания химических элементов

Экспериментальное определение содержания элементов в различных породах осуществляется посредством разнообразных методов химического и физико-химического анализа. Из ряда современных методов анализа отметим один из вариантов спектрального анализа – рентгенофлуоресцентный анализ. Этот метод универсален и позволяет определять содержание элементов в широком диапазоне атомных номеров химических элементов. Наилучшими по соотношению цена-качество и наиболее совершенными приборами для реализации указанного метода определения содержания элементов являются отечественные рентгенофлуоресцентные кристалл-дифракционные сканирующие спектрометры серии «Спектроскан Макс», которые позволяют определять элементы от натрия ¹¹Na до урана ⁹²U (⁹⁴Pu) при содержании этих элементов от 0,3 ppm (кг/т, мг/кг).

Рентгенофлуоресцентный анализ обладает рядом преимуществ перед аналогами:

• он является неразрушающим методом контроля, не разрушает, не расходует и не деформирует пробу;
  
• не требует, как правило, никакой подготовки пробы;
  
• делает ненужным измерение количества пробы – взвешивание и т.п.

Реализующие этот метод анализа приборы – спектрометры серии «Спектроскан Макс» – при использовании программы МФП (метод фундаментальных параметров) позволяют проводить количественный анализ содержания любых химических элементов без использования стандартных образцов и калибровки. Кроме того, использование упрощенной пробоподачи (в модели «Спектроскан Макс GV» - автоматической на 16 образцов) – делает эти приборы высокопроизводительными современными аналитическими инструментами для определения содержания химических элементов в различных средах.

Для удобства пользования и повышения производительности спектрометры серии «Спектроскан Макс» по желанию потребителя могут снабжаться разработанными и сертифицированными методиками выполнения измерений содержания ряда химических элементов в различных природных средах. В их числе – методики анализа природных минеральных и поверхностных вод; определения содержания металлов и других химических элементов в почвах; анализа силикатных материалов на содержание кремния, алюминия и других химических элементов; определения содержания золота в рудах и породах и др.