ЛІТОСФЕРА

Встановлено, що майже половина твердої земної кори складається з одного елемента кисню. Таким чином, земна кора – це «киснева сфера», кисневе речовина. На другому місці знаходиться кремній (29,5), на третьому алюміній (8,05). В сумі вміст цих елементів у земній корі становить 84,55 %. Якщо до них додати залізо (4,65), кальцій (2,96), калій (2,50), натрій (2,50), магній (1,87), титан (0,45), то вийде 99,48 %, тобто практично вся земна кора. Зміст інших елементів становить менше 1 %.

Передбачається, що у кожному грамі гірської породи, в кожній краплі природної води, тобто скрізь є весь спектр хімічних елементів. Мова може йти тільки про недостатню чутливість сучасних методів аналізу, що не дозволяють визначити утримання того чи іншого елемента в даному об'єкті природи. Це положення про загальне розсіювання хімічних елементів геохімік Н.І. Сафронов запропонував іменувати законом Кларка – Вернадського.

Вміст більшості елементів у земній корі не перевищує 0,01– 0,0 001 %. Такі елементи в геохімії прийнято називати рідкісними. Якщо рідкісні елементи мають слабку здатність до концентрації, то вони іменуються рідкісними розсіяними. До них відносяться Br, In, Ra, I, Hf, Re, Sc та інші елементи. Наприклад, в урана і брому кларкі майже однакові, але уран є рідкісним елементом, оскільки відомі уранові родовища, 104 уранових мінералу, а бром – рідкісним розсіяним, так як він майже не концентрується в літосфері і відомий лише один власний мінерал цього елемента. У геохімії вживається також термін «мікроелементи», під якими розуміють елементи, що містяться в малих кількостях (близько 0,01 % і менше) в даній системі. Так, алюміній за вмістом в організмах є мікроелементом, за змістом в силікатних породах – елементом. Уявлення, почерпнуті з повсякденного досвіду, не завжди співпадають з даними геохімії. Наприклад, цинк і мідь широко поширені в побуті і техніці, а цирконій і титан для нас є «рідкісними елементами». Разом з тим цирконію в земній корі майже в чотири рази більше, ніж міді, а титану навіть у 95 разів.

«Рідкість» цирконію і титану пояснюється трудністю вилучення їх з руд, яка була подолана лише в середині минулого століття, коли ці метали стали широко використовуватися в промисловості.

Після встановлення середнього складу земної кори, виникло питання, в чому причина такого нерівномірного поширення елементів. «Хімічний склад земної кори пов'язаний з певним будовою її атомів», – писав В.І.Вернадський з'ясувалося, що кларки не залежать від будови зовнішніх електронних орбіт атомів (числа валентних електронів і т.д.), що визначають хімічні властивості елементів. Наприклад, лужні метали Li, Na, К, Rb, Cs і Fr в хімічному відношенні близькі один одному, так як на зовнішній орбіті у них знаходиться один валентний електрон. Але кларкі їх різні: натрію і калію в земній корі багато (2,50), рубідію мало (1,5 10-2), літію ще менше (3,2 10-3), цезій дуже рідкісний (3,7 10-4), а францій був отриманий штучно. Таким чином, кларкі не залежать від хімічних властивостей елементів або, точніше, в основному не залежать. Думка дослідників звернулася до іншої частини атома, його ядра. Було встановлено, що в земній корі переважають легкі атоми, що займають початкові клітини періодичної системи, ядра яких містять невелике число нуклонів – протонів і нейтронів. Дійсно, після заліза (№ 26 у таблиці Менделєєва Д. І.) немає ні одного поширеного в земній корі елемент. На цю закономірність вказував ще Д. І. Менделєєв, вирізняв, що найбільш поширені у природі прості тіла мають малу атомну масу.

Інша особливість у поширенні елементів була встановлена італійцем Р. Оддо в 1914 р. і більш детально охарактеризована американцем Ст.Гаркинсом в 1915-1928 рр. Вони відзначили, що в земній корі переважають елементи з парними порядковими номерами і з парними атомними масами.