Кларковое число

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Кларковое число
Названо в честьКларк, Франк Уиглсуорт

Кла́рковое число́ (или кларки элементов, ещё чаще говорят просто кларк элемента) — числа, выражающие среднее содержание химических элементов в земной коре, гидросфере, Земле, космических телах, геохимических или космохимических системах и др., по отношению к общей массе этой системы.

Виды кларков

Различают весовые (измеряются в %, г/т, г/кг или г/г) и атомные (в % от числа атомов) кларки. Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагающих земную кору, с учётом их распространения до глубин 16 км впервые было сделано американским учёным Ф. У. Кларком (1889). Полученные им числа процентного содержания химических элементов в составе земной коры, впоследствии несколько уточнённые А. Е. Ферсманом, по предложению последнего были названы числами Кларка или кларками[1].

Средние содержания элементов в земной коре, в современном понимании её как верхнего слоя планеты выше границы Мохоровичича, вычислены А. П. Виноградовым (1962)[2], американским учёным С. Р. Тейлором (1964)[3], немецким — К. Г. Ведеполем[4] (1967)[1]. Преобладают элементы малых порядковых номеров: 15 наиболее распространённых элементов, кларки которых выше 100 г/т, обладают порядковыми номерами до 26 (Fe). Элементы с чётными порядковыми номерами слагают 87 % массы земной коры, а с нечётными — только 13 %[1]; это является следствием большей энергии связи и, следовательно, большей устойчивости и большего выхода при нуклеосинтезе для ядер с чётным числом нуклонов.

Средний химический состав Земли в целом рассчитывался на основании данных о содержании элементов в метеоритах (см. Геохимия). Так как кларки элементов служат эталоном сравнения пониженных или повышенных концентраций химических элементов в месторождениях полезных ископаемых, горных породах или целых регионах, знание их важно при поисках и промышленной оценке месторождений полезных ископаемых; они позволяют также судить о нарушении обычных отношений между сходными элементами (хлор — бром, ниобий — тантал) и тем самым указывают на различные физико-химические факторы, нарушившие эти равновесные отношения[1].

В процессах миграции элементов кларки элементов являются количественным показателем их концентрации[1].

Кларки элементов в земной коре согласно разным авторам

Все значения ниже приведены в мг/кг (эквивалентно г/т, млн−1, ppm)

ЭлементСимволClarke & Washington 1924[5]Ферсман (1933—1939)[6]Goldschmidt (1937)[7]Виноградов (1949)[8]Виноградов (1962)[2]Taylor (1964)[3]
АктинийAc - - - 0.0000000001x·10−10  - -
СереброAg 0.010,0x 0,1 0,02 0,1 0,07 0,07
АлюминийAl 75100 74500 81300 88000 80500 82300
АргонAr - 4 - - - -
МышьякAs 1x 5 5 5 1,7 1,8
ЗолотоAu 0.0010,00x 0,005 0,001 0,005 0,0043 0,004
БорB 10 50 10 3 12 10
БарийBa 470 500 430 500 650 425
БериллийBe 10 4 6 6 3,8 2,8
ВисмутBi 0.010,0x 0,1 0,2 0,2 0,009 0,17
БромBr 1x 10 2,5 1,6 2,1 2,5
УглеродC 870 3500 320 1000 230 200
КальцийCa 33900 32500 36300 36000 29600 41500
КадмийCd 0.10,x 5 0,18 5 0,13 0,2
ЦерийCe - 29 41,6 45 70 60
ХлорCl 1900 2000 480 450 170 130
КобальтCo 100 20 40 30 18 25
ХромCr 330 300 200 200 83 100
ЦезийCs 0.0010,00x 10 3,2 7 3,7 3
МедьCu 100 100 70 100 47 55
ДиспрозийDy - 7,5 4,47 4,5 5 3
ЭрбийEr - 6,5 2,47 4 3,3 2,8
ЕвропийEu - 0,2 1,06 1,2 1,3 1,2
ФторF 270 800 800 270 660 625
ЖелезоFe 47000 42000 50000 51000 46500 56300
ГаллийGa 0.00001x·10−5  1 15 15 19 15
ГадолинийGd - 7,5 6,36 10 8 5,4
ГерманийGe 0.00001x·10−5  4 7 7 1,4 1,5
ВодородH 8800 10000 - 1500 - -
ГелийHe - 0,01 - - - -
ГафнийHf 30 4 4,5 3,2 1 3
РтутьHg 0.10,x 0,05 0,5 0,07 0,083 0,08
ГольмийHo - 1 1,15 1,3 1,7 1,2
ИодI 0.10,x 10 0,3 0,5 0,4 0,5
ИндийIn 0.00001x·10−5  0,1 0,1 0,1 0,25 0,1
ИридийIr 0.0001x·10−4  0,01 0,001 0,001 - -
КалийK 24000 23500 25900 26000 25000 20900
КриптонKr - 0.00022·10−4  - - - -
ЛантанLa - 6,5 18,3 18 29 30
ЛитийLi 40 50 65 65 32 20
ЛютецийLu - 1,7 0,75 1 0,8 0,5
МагнийMg 19400 23500 20900 21000 18700 23300
МарганецMn 800 1000 1000 900 1000 950
МолибденMo 1x 10 2,3 3 1,1 1,5
АзотN 300 400 - 100 19 20
НатрийNa 26400 24000 28300 26400 25000 23600
НиобийNb - 0,32 20 10 20 20
НеодимNd - 17 23,9 25 37 28
НеонNe - 0,005 - - - -
НикельNi 180 200 100 80 58 75
КислородO 495200 491300 466000 470000 470000 464000
ОсмийOs 0.0001x·10−4  0,05 - 0,05 - -
ФосфорP 1200 1200 1200 800 930 1050
ПротактинийPa - 0.00000077·10−7  - 0.00000110−6  - -
СвинецPb 20 16 16 16 16 12,5
ПалладийPd 0.00001x·10−5  0,05 0,01 0,01 0,013 -
ПолонийPo - 0,05 - 0.00000000022·10−10  - -
ПразеодимPr - 4,5 5,53 7 9 8,2
ПлатинаPt 0.0010,00x 0,2 0,005 0,005 - -
РадийRa 0.000001x·10−6  0.0000022·10−6  - 0.00000110−6  - -
РубидийRb 1x 80 280 300 150 90
РенийRe - 0,001 0,001 0,001 0.00077·10−4  -
РодийRh 0.00001x·10−5  0,01 0,001 0,001 - -
РадонRn - ? - 0.0000000000077·10−12  - -
РутенийRu 0.00001x·10−5  0,05 - 0,005 - -
СераS 480 1000 520 500 470 260
СурьмаSb 0.10,x 0,5 1(1) 0,4 0,5 0,2
СкандийSc 0.10,x 6 5 6 10 22
СеленSe 0.010,0x 0,8 0,09 0,6 0,05 0,05
КремнийSi 257500 260000 277200 276000 295000 281500
СамарийSm - 7 6,47 7 8 6
ОловоSn 1x 80 40 40 2,5 2
СтронцийSr 170 350 150 400 340 375
ТанталTa - 0,24 2,1 2 2,5 2
ТербийTb - 1 0,91 1,5 4,3 0,9
ТехнецийTc - 0,001 - - - -
ТеллурTe 0.0010,00x 0,01 0.0018(0,0018?) 0,01 0,001 -
ТорийTh 20 10 11,5 8 13 9,6
ТитанTi 5800 6100 4400 6000 4500 5700
ТаллийTl 0.0001x·10−4  0,1 0,3 3 1 0,45
ТулийTm - 1 0,2 0,8 0,27 0,48
УранU 80 4 4 3 2,5 2,7
ВанадийV 160 200 150 150 90 135
ВольфрамW 50 70 1 1 1,3 1,5
КсенонXe - 0.000033·10−5  - - - -
ИттрийY - 50 28,1 28 29 33
ИттербийYb - 8 2,66 3 0,33 3
ЦинкZn 40 200 80 50 83 70
ЦирконийZr 230 250 220 200 170 165

Кларки элементов в гидросфере

(По А. П. Виноградову (1967), с дополнениями по В. Н. Иваненко, В. В. Гордееву и А. П. Лисицину (1979) и В. В. Гордееву (1983)[9]. Все значения ниже приведены в мг/кг (эквивалентно г/т, млн−1, ppm). Кларки главных элементов морской воды рассчитаны для средней солёности 34,887 промилле.

ЭлементАтомный номерКларки морской водыКларки речной воды (растворённая форма)
Водород1 108000 111900
Гелий2 0.0000055·10−6  -
Литий3 0,18 0.00252,5·10−3 
Бериллий4 0.0000055·10−6  -
Бор5 4,4 0,02
Углерод (неорг.) 6 28 7,9
Азот7 0,5 -
Кислород8 859000 888000
Фтор9 1,3 0,1
Неон10 0.000110−4  -
Натрий11 10670 5
Магний12 1280 2,9
Алюминий13 0.00110−3  0,16
Кремний14 2,1 6
Фосфор15 0,06 0,04
Сера16 898 3,8
Хлор17 19190 5,5
Аргон18 0,1 -
Калий19 396 2
Кальций20 408 12
Скандий21 0.000000808·10−7  0.0000044·10−6 
Титан22 0.00110−3  0.0033·10−3 
Ванадий23 0.0022·10−3  0.00110−3 
Хром24 0.000252,5·10−4  0.00110−3 
Марганец25 0.000110−4  0,01
Железо26 0.0055·10−3  0,04
Кобальт27 0.000033·10−5  0.00033·10−4 
Никель28 0.00055·10−4  0.00252,5·10−3 
Медь29 0.000252,5·10−4  0.0077·10−3 
Цинк30 0.00110−3  0,02
Галлий31 0.000022·10−5  0.000110−4 
Германий32 0.000055·10−5  0.000077·10−5 
Мышьяк33 0.0022·10−3  0.0022·10−3 
Селен34 0.000110−4  0.00022·10−4 
Бром35 67 0,02
Криптон36 0.000110−4  -
Рубидий37 0,12 0.000022·10−3 
Стронций38 7,9 0,05
Иттрий39 0.0000131,3·10−5  0.00077·10−4 
Цирконий40 0.0000262,6·10−5  0.00262,6·10−3 
Ниобий41 0.0000055·10−6  0.00000110−6 
Молибден42 0,01 0.00110−3 
Технеций43 - -
Рутений44 0.000000110−7  -
Родий45 - -
Палладий46 - -
Серебро47 0.000110−4  0.00022·10−4 
Кадмий48 0.000077·10−5  0.00022·10−4 
Индий49 0.00000110−6  -
Олово50 0.0000110−5  0.000044·10−5 
Сурьма51 0.0000033·10−6  0.00110−3 
Теллур52 - -
Иод53 0,05 0.0022·10−3 
Ксенон54 0.000110−4  -
Цезий55 0.00033·10−4  0.000033·10−5 
Барий56 0,018 0,03
Лантан57 0.0000033·10−6  0.000055·10−5 
Церий58 0.00000121,2·10−6  0.000088·10−5 
Празеодим59 0.000000646,4·10−7  0.0000077·10−6 
Неодим60 0.00000252,5·10−6  0.000044·10−5 
Прометий61 - -
Самарий62 0.000000454,5·10−7  0.0000088·10−6 
Европий63 0.000000121,2·10−7  0.00000110−6 
Гадолиний64 0.000000707·10−7  0.0000088·10−6 
Тербий65 0.000000141,4·10−7  0.00000110−6 
Диспрозий66 0.000000828,2·10−7  0.0000055·10−6 
Гольмий67 0.000000222,2·10−7  0.00000110−6 
Эрбий68 0.000000747,4·10−7  0.0000044·10−6 
Тулий69 0.000000151,5·10−7  0.00000110−6 
Иттербий70 0.000000828,2·10−7  0.0000044·10−6 
Лютеций71 0.000000151,5·10−7  0.00000110−6 
Гафний72 - -
Тантал73 - -
Вольфрам74 0.000110−4  0.000033·10−5 
Рений75 0.0000110−5  -
Осмий76 0.00000110−6  -
Иридий77 - -
Платина78 - -
Золото79 0.0000044·10−6  0.0000022·10−6 
Ртуть80 0.000033·10−5  0.000077·10−5 
Таллий81 0.0000110−5  0.00110−3 
Свинец82 0.000033·10−5  0.00110−3 
Висмут83 0.000033·10−5  -
Полоний84 - -
Астат85 - -
Радон86 0.00000000000000066·10−16  -
Франций87 - -
Радий88 0.000000000110−10  -
Актиний89 0.000000000000000110−16  -
Торий90 0.000000110−7  0.000110−4 
Протактиний91 0.000000000110−10  -
Уран92 0.0033·10−3  0.00055·10−4 

Кларки элементов в городских почвах

Ниже приведены кларки химических элементов, установленные в почвах селитебных (городских) ландшафтов для конца XX – начала XXI вв. Все содержания даны в мг/кг (эквивалентно г/т, млн−1, ppm). Распространенность и распределение химических элементов изучены В.А. Алексеенко и А.В. Алексеенко при содействии академика Н.П. Лаверова в почвах более чем 300 населенных пунктов. Работы проводились в течение 15 лет и позволили обобщить как данные собственных опробований почв, так и значительное число опубликованных исследований, посвященных загрязнению городских почв во многих странах. Подробная информация о методике расчета кларков городских почв и использованных данных приведена в статьях[10][11][12] и двух монографиях[13][14].

Городские почвы формируются под постоянным и интенсивным воздействием антропогенной деятельности. Можно считать, что эти почвы испытали наибольшее техногенное давление по сравнению с другими геохимическими системами биосферы и Земли в целом. Установление кларков городских почв обусловлено необходимостью применять некие «отправные точки» отсчета содержаний, своеобразные «реперы» для последующих выводов о загрязнении почв населенных пунктов.

Использование различных вариантов предельно допустимых концентраций элементов достаточно сложно, так как они (ПДК, ОДК и т.п.) устанавливаются довольно произвольно и весьма различны в разных странах. Довольно часто для этих целей в геохимических исследованиях окружающей среды используются кларковые содержания. Установленные кларки почв населенных пунктов являются их геохимической (эколого-геохимической) характеристикой, отражающей совместное воздействие техногенных и природных процессов, происходящих в определенном временном срезе. С развитием науки и техники значения приводимых кларков могут постепенно изменяться. Скорость таких изменений пока невозможно предсказать, но впервые приводимые значения кларков могут быть использованы как стандарты содержаний элементов в городских почвах начала XXI в.

ЭлементСимволАтомный номерКларк городских почв[13]
СереброAg470,37
АлюминийAl1338200
МышьякAs3315,9
БорB545
БарийBa56853,12
БериллийBe43,3
ВисмутBi831,12
УглеродC645100
КальцийCa2053800
КадмийCd480,9
ХлорCl17285
КобальтCo2714,1
ХромCr2480
ЦезийCs555,0
МедьCu2939
ЖелезоFe2622300
ГаллийGa3116,2
ГерманийGe321,8
ВодородH115000
РтутьHg800,88
КалийK1913400
ЛантанLa5734
ЛитийLi349,5
МагнийMg127900
МарганецMn25729
МолибденMo422,4
АзотN710000
НатрийNa115800
НиобийNb4115,7
НикельNi2833
КислородO8490000
ФосфорP151200
СвинецPb8254,5
РубидийRb3758
СераS161200
СурьмаSb511,0
СкандийSc219,4
КремнийSi14289000
ОловоSn506,8
СтронцийSr38458
ТанталTa731,5
ТитанTi224758
ТаллийTl811,1
ВанадийV23104,9
ВольфрамW742,9
ИттрийY3923,4
ИттербийYb702,4
ЦинкZn30158
ЦирконийZr40255,6

Примечания

  1. 1 2 3 4 5 Кларки / Щербина В. В. // Кварнер — Конгур. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — С. 265—266. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 12).
  2. 1 2 Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. — 1962. — Вып. 7. — С. 555—571.
  3. 1 2 Taylor S. R. Abundance of chemical elements in the continental crust: a new table (англ.) // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 1964. — August (vol. 28, no. 8). — P. 1273—1285. — doi:10.1016/0016-7037(64)90129-2. — Bibcode1964GeCoA..28.1273T.
  4. Wedepohl K. H. Geochemie (нем.). — Berlin: Verlag Walter de Gruyter, 1967. — 220 S. — (Sammlung Göschen, Bd 1224-1224a/1224b).
  5. Clarke F. W., Washington H. S. The Composition of the Earth’s Crust // U.S. Dep. Interior, Geol. Surv.. — 1924. — Т. 770. — С. 518.
  6. Ферсман А. Е. Геохимия. — Природа и техника. ОНТИ, 1933, 1934, 1937 и 1939. — Т. I—IV.
  7. Goldschmidt V. M. Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, IX. Die Mengenverhältnisse der Elemente und Atomarten (нем.) // Skrifter utgitt av det Norske Videnskapsakademi i Oslo, I, Matematisk-naturvidenskapelig Klasse. — 1937. — Bd. C1, H. 4.
  8. Виноградов А. П. Закономерности распределения химических элементов в земной коре // Геохимия. — 1956. — Вып. 1. — С. 6—52.
  9. Соловов А. П., Архипов А. Я., Бугров В. А. и др.: «Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых». М.: Недра, 1990, с.9-10
  10. Vladimir Alekseenko, Alexey Alekseenko. The abundances of chemical elements in urban soils // Journal of Geochemical Exploration. — 2014. — № 147 (B). — С. 245–249.
  11. Алексеенко В.А., Лаверов Н.П., Алексеенко А.В. Кларки химических элементов почв селитебных ландшафтов. Методика проведения исследований // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. — 2012. — № 3. — С. 120–125. — ISSN 1991-8801.
  12. Алексеенко В.А., Лаверов Н.П., Алексеенко А.В. К вопросу о содержании химических элементов в почвах селитебных ландшафтов // Школа экологической геологии и рационального природопользования. — СПб., 2011. — С. 39-45.
  13. 1 2 Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. — Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2013. — 388 с. — 5000 экз. — ISBN 978-5-9275-1095-5.
  14. Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в городских почвах. — М.: Логос, 2014. — 312 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-98704-670-8.

См. также

Литература

Ссылки