Розсіяні метали
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
Концентрация — процесс прямо противоположный рассеянию.
Способность концентрироваться в земной коре — исключительно важное свойство элементов. Благодаря этому замечательному свойству действует современная промышленность. Тяжелая индустрия базируется на железных рудах. На радиоактивных рудах основана атомная энергетика. Алюминий для самолетов и тысячекилометровых линий электропередач также извлекается из руд.
А что такое руда? Это природная концентрация химического элемента, которую экономически выгодно и технически возможно разрабатывать. На протяжении истории человеческого общества технические возможности растут. То, что было трудно и невыгодно в прошлом веке, вполне доступно в наши дни. Так, например, в конце XIX в. разрабатывались только такие медные руды, которые содержали металла не менее 4—5%. В начале XX в. требования понизились до 2%. В наше время разрабатываются крупные месторождения, в рудах которых всего 0,5—0,7% меди. Но в любом случае месторождение — это очень большая концентрация металла по сравнению с его кларком в земной коре.
Для большей части металлов концентрация в рудах составляет сотни и тысячи раз по сравнению с кларком. Конечно, металлы, содержащиеся в земной коре в количестве нескольких %, не могут давать такую высокую концентрацию. В железных рудах концентрация металла по сравнению с кларком редко достигает 15 раз. Зато концентрация металлов с очень низким кларком (например, ртути) в рудах достигает нескольких десятков тысяч.
Каких же атомов больше у малораспространенных элементов: находящихся в упорядоченном кристаллическом состоянии или в рассеянной форме? Иными словами, где больше металлов: в рудах или в «пустых» породах? На первый взгляд, кажется, ясно, что основная масса металлов собрана в местах их концентрации, в месторождениях руд. Да и как может быть иначе, если в месторождениях сконцентрированы громадные количества металлов: запасы меди во всем мире оцениваются почти в 300 млн. т, свинца около 100 млн. т, цинка — более 150 млн. т и т. д.
Однако проверим наши предположения цифрами. Зная величину среднего содержания элементов в земной коре, можно подсчитать количество их элементов, находящихся в состоянии рассеяния. Такие расчеты не для всей земной коры, а лишь для ее верхней части мощностью в 1 км произвел советский геохимик Н. И. Сафронов. Он обнаружил, что в месторождениях меди, цинка, вольфрама сконцентрированы всего сотые доли процента общего содержания этих металлов, в месторождениях свинца, золота, ртути — несколько больше, но тоже незначительная часть, а в месторождениях никеля, меди и олова — тысячные доли процента. На основании этих подсчетов можно думать, что основная масса металлов в земной коре находится в состоянии рассеяния. В каждом км3 гранита в среднем содержится 142 тыс. т цинка, 54 тыс. т свинца, такое же количество меди, 7 тыс. т олова и т. д. Как не вспомнить слова Вернадского: «Впечатление о ничтожности рассеяния в реальности исчезает; оно заменяется обратным: впечатлением грандиозности».
В результате процессов рассеяния и концентрации химические элементы распределены в земной коре неравномерно. Образование горных пород из магмы сопровождается своеобразной сортировкой как главных, так и малораспространенных элементов. При этом содержание главных элементов меняется менее сильно, чем малораспространенных. Например, в граните присутствует кремния 32,3%, а базальте — 24,0%. Иначе обстоит дело с тяжелыми металлами. В базальтах содержится никеля в 20 раз, а меди в 10 раз больше, чем в гранитах. Зато в гранитах в 2—3 раза больше олова и свинца, а урана — в 7 раз больше, чем в базальтах. Поэтому в областях распространения гранитных массивов и там, где залегают застывшие покровы базальтовой лавы, содержание рассеянных элементов на поверхности земной коры неодинаково.
Но это еще не все. Многочисленные исследования показали, что даже в горных породах одного состава рассеянные элементы содержатся в -неодинаковом количестве.
В гранитах, с которыми связаны месторождения* руд олова, свинца, молибдена, этих металлов больше, чем в «безрудных» гранитах.
Рассмотрим следующий пример. В двух районах изучалось содержание рассеянного металла в породах. В каждом районе было отобрано и проанализировано по 10 проб. Результаты анализов, выраженные в условных единицах, следующие:
1 район: 8, 9, 9, 8, 7, 12, 11, 11, 12, 13.
2 район: 2, 1, 1, 2, 3, 18, 19, 19, 18, 17.
Допустим, что кларк этого металла равен 10. Среднее арифметическое в обоих районах соответствует кларку. Но если в первом районе средняя величина правильно отображает однородность содержания металла, то во втором — затушевывает имеющиеся отличия двух групп пород. В одной из этих групп среднее содержание равно 1,8, то есть значительно меньше кларка, а в другой — больше почти в 2 раза. Следовательно, наряду с определением среднего содержания элементов в земной коре необходимо учитывать усиленное рассеяние или, наоборот, повышенное содержание в каждом конкретном месте.
Чтобы количественно оценить неоднородность распределения химических элементов в земной коре В. И. Вернадский ввел особый показатель — кларк концентрации. Он характеризует степень отклонения содержания элемента в изучаемом объекте от кларка элемента. Кларк концентрации численно равен величине отношения содержания химического элемента в изучаемом объекте (горной породе, руде и пр.) к его среднему содержанию в земной коре, то есть кларку.
Если кларк концентрации больше 1, то это указывает на повышенную концентрацию элемента, если он меньше 1, это означает, что в данном месте содержание элемента ниже его средней величины для земной коры в целом.
В результате многолетних исследований ученые выявили территории, отличающиеся уровнем содержания металлов и составом руд. Такие территории называются геохимическими провинциями.
Так, например, для кристаллических горных пород Уральской геохимической провинции характерно повышенное содержание меди, хрома, никеля, кобальта, титана и некоторых других элементов. Не случайно в этой провинции находятся месторождения меди, хромитов, титаномагнетитов и других руд.