Кларковое число
| Кларковое число | |
|---|---|
| Названо в честь | Кларк, 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)
| Элемент | Символ | Clarke & Washington 1924[5] | Ферсман (1933—1939)[6] | Goldschmidt (1937)[7] | Виноградов (1949)[8] | Виноградов (1962)[2] | Taylor (1964)[3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Актиний | Ac | - | - | - | x·10−10 | - | - |
| Серебро | Ag | 0,0x | 0,1 | 0,02 | 0,1 | 0,07 | 0,07 |
| Алюминий | Al | 75100 | 74500 | 81300 | 88000 | 80500 | 82300 |
| Аргон | Ar | - | 4 | - | - | - | - |
| Мышьяк | As | x | 5 | 5 | 5 | 1,7 | 1,8 |
| Золото | Au | 0,00x | 0,005 | 0,001 | 0,005 | 0,0043 | 0,004 |
| Бор | B | 10 | 50 | 10 | 3 | 12 | 10 |
| Барий | Ba | 470 | 500 | 430 | 500 | 650 | 425 |
| Бериллий | Be | 10 | 4 | 6 | 6 | 3,8 | 2,8 |
| Висмут | Bi | 0,0x | 0,1 | 0,2 | 0,2 | 0,009 | 0,17 |
| Бром | Br | x | 10 | 2,5 | 1,6 | 2,1 | 2,5 |
| Углерод | C | 870 | 3500 | 320 | 1000 | 230 | 200 |
| Кальций | Ca | 33900 | 32500 | 36300 | 36000 | 29600 | 41500 |
| Кадмий | Cd | 0,x | 5 | 0,18 | 5 | 0,13 | 0,2 |
| Церий | Ce | - | 29 | 41,6 | 45 | 70 | 60 |
| Хлор | Cl | 1900 | 2000 | 480 | 450 | 170 | 130 |
| Кобальт | Co | 100 | 20 | 40 | 30 | 18 | 25 |
| Хром | Cr | 330 | 300 | 200 | 200 | 83 | 100 |
| Цезий | Cs | 0,00x | 10 | 3,2 | 7 | 3,7 | 3 |
| Медь | Cu | 100 | 100 | 70 | 100 | 47 | 55 |
| Диспрозий | Dy | - | 7,5 | 4,47 | 4,5 | 5 | 3 |
| Эрбий | Er | - | 6,5 | 2,47 | 4 | 3,3 | 2,8 |
| Европий | Eu | - | 0,2 | 1,06 | 1,2 | 1,3 | 1,2 |
| Фтор | F | 270 | 800 | 800 | 270 | 660 | 625 |
| Железо | Fe | 47000 | 42000 | 50000 | 51000 | 46500 | 56300 |
| Галлий | Ga | x·10−5 | 1 | 15 | 15 | 19 | 15 |
| Гадолиний | Gd | - | 7,5 | 6,36 | 10 | 8 | 5,4 |
| Германий | Ge | x·10−5 | 4 | 7 | 7 | 1,4 | 1,5 |
| Водород | H | 8800 | 10000 | - | 1500 | - | - |
| Гелий | He | - | 0,01 | - | - | - | - |
| Гафний | Hf | 30 | 4 | 4,5 | 3,2 | 1 | 3 |
| Ртуть | Hg | 0,x | 0,05 | 0,5 | 0,07 | 0,083 | 0,08 |
| Гольмий | Ho | - | 1 | 1,15 | 1,3 | 1,7 | 1,2 |
| Иод | I | 0,x | 10 | 0,3 | 0,5 | 0,4 | 0,5 |
| Индий | In | x·10−5 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,25 | 0,1 |
| Иридий | Ir | x·10−4 | 0,01 | 0,001 | 0,001 | - | - |
| Калий | K | 24000 | 23500 | 25900 | 26000 | 25000 | 20900 |
| Криптон | Kr | - | 2·10−4 | - | - | - | - |
| Лантан | La | - | 6,5 | 18,3 | 18 | 29 | 30 |
| Литий | Li | 40 | 50 | 65 | 65 | 32 | 20 |
| Лютеций | Lu | - | 1,7 | 0,75 | 1 | 0,8 | 0,5 |
| Магний | Mg | 19400 | 23500 | 20900 | 21000 | 18700 | 23300 |
| Марганец | Mn | 800 | 1000 | 1000 | 900 | 1000 | 950 |
| Молибден | Mo | x | 10 | 2,3 | 3 | 1,1 | 1,5 |
| Азот | N | 300 | 400 | - | 100 | 19 | 20 |
| Натрий | Na | 26400 | 24000 | 28300 | 26400 | 25000 | 23600 |
| Ниобий | Nb | - | 0,32 | 20 | 10 | 20 | 20 |
| Неодим | Nd | - | 17 | 23,9 | 25 | 37 | 28 |
| Неон | Ne | - | 0,005 | - | - | - | - |
| Никель | Ni | 180 | 200 | 100 | 80 | 58 | 75 |
| Кислород | O | 495200 | 491300 | 466000 | 470000 | 470000 | 464000 |
| Осмий | Os | x·10−4 | 0,05 | - | 0,05 | - | - |
| Фосфор | P | 1200 | 1200 | 1200 | 800 | 930 | 1050 |
| Протактиний | Pa | - | 7·10−7 | - | 10−6 | - | - |
| Свинец | Pb | 20 | 16 | 16 | 16 | 16 | 12,5 |
| Палладий | Pd | x·10−5 | 0,05 | 0,01 | 0,01 | 0,013 | - |
| Полоний | Po | - | 0,05 | - | 2·10−10 | - | - |
| Празеодим | Pr | - | 4,5 | 5,53 | 7 | 9 | 8,2 |
| Платина | Pt | 0,00x | 0,2 | 0,005 | 0,005 | - | - |
| Радий | Ra | x·10−6 | 2·10−6 | - | 10−6 | - | - |
| Рубидий | Rb | x | 80 | 280 | 300 | 150 | 90 |
| Рений | Re | - | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 7·10−4 | - |
| Родий | Rh | x·10−5 | 0,01 | 0,001 | 0,001 | - | - |
| Радон | Rn | - | ? | - | 7·10−12 | - | - |
| Рутений | Ru | x·10−5 | 0,05 | - | 0,005 | - | - |
| Сера | S | 480 | 1000 | 520 | 500 | 470 | 260 |
| Сурьма | Sb | 0,x | 0,5 | (1) | 0,4 | 0,5 | 0,2 |
| Скандий | Sc | 0,x | 6 | 5 | 6 | 10 | 22 |
| Селен | Se | 0,0x | 0,8 | 0,09 | 0,6 | 0,05 | 0,05 |
| Кремний | Si | 257500 | 260000 | 277200 | 276000 | 295000 | 281500 |
| Самарий | Sm | - | 7 | 6,47 | 7 | 8 | 6 |
| Олово | Sn | x | 80 | 40 | 40 | 2,5 | 2 |
| Стронций | Sr | 170 | 350 | 150 | 400 | 340 | 375 |
| Тантал | Ta | - | 0,24 | 2,1 | 2 | 2,5 | 2 |
| Тербий | Tb | - | 1 | 0,91 | 1,5 | 4,3 | 0,9 |
| Технеций | Tc | - | 0,001 | - | - | - | - |
| Теллур | Te | 0,00x | 0,01 | (0,0018?) | 0,01 | 0,001 | - |
| Торий | Th | 20 | 10 | 11,5 | 8 | 13 | 9,6 |
| Титан | Ti | 5800 | 6100 | 4400 | 6000 | 4500 | 5700 |
| Таллий | Tl | x·10−4 | 0,1 | 0,3 | 3 | 1 | 0,45 |
| Тулий | Tm | - | 1 | 0,2 | 0,8 | 0,27 | 0,48 |
| Уран | U | 80 | 4 | 4 | 3 | 2,5 | 2,7 |
| Ванадий | V | 160 | 200 | 150 | 150 | 90 | 135 |
| Вольфрам | W | 50 | 70 | 1 | 1 | 1,3 | 1,5 |
| Ксенон | Xe | - | 3·10−5 | - | - | - | - |
| Иттрий | Y | - | 50 | 28,1 | 28 | 29 | 33 |
| Иттербий | Yb | - | 8 | 2,66 | 3 | 0,33 | 3 |
| Цинк | Zn | 40 | 200 | 80 | 50 | 83 | 70 |
| Цирконий | Zr | 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.
| Элемент | Атомный номер | Кларки морской воды | Кларки речной воды (растворённая форма) |
|---|---|---|---|
| Водород | 1 | 108000 | 111900 |
| Гелий | 2 | 5·10−6 | - |
| Литий | 3 | 0,18 | 2,5·10−3 |
| Бериллий | 4 | 5·10−6 | - |
| Бор | 5 | 4,4 | 0,02 |
| Углерод (неорг.) | 6 | 28 | 7,9 |
| Азот | 7 | 0,5 | - |
| Кислород | 8 | 859000 | 888000 |
| Фтор | 9 | 1,3 | 0,1 |
| Неон | 10 | 10−4 | - |
| Натрий | 11 | 10670 | 5 |
| Магний | 12 | 1280 | 2,9 |
| Алюминий | 13 | 10−3 | 0,16 |
| Кремний | 14 | 2,1 | 6 |
| Фосфор | 15 | 0,06 | 0,04 |
| Сера | 16 | 898 | 3,8 |
| Хлор | 17 | 19190 | 5,5 |
| Аргон | 18 | 0,1 | - |
| Калий | 19 | 396 | 2 |
| Кальций | 20 | 408 | 12 |
| Скандий | 21 | 8·10−7 | 4·10−6 |
| Титан | 22 | 10−3 | 3·10−3 |
| Ванадий | 23 | 2·10−3 | 10−3 |
| Хром | 24 | 2,5·10−4 | 10−3 |
| Марганец | 25 | 10−4 | 0,01 |
| Железо | 26 | 5·10−3 | 0,04 |
| Кобальт | 27 | 3·10−5 | 3·10−4 |
| Никель | 28 | 5·10−4 | 2,5·10−3 |
| Медь | 29 | 2,5·10−4 | 7·10−3 |
| Цинк | 30 | 10−3 | 0,02 |
| Галлий | 31 | 2·10−5 | 10−4 |
| Германий | 32 | 5·10−5 | 7·10−5 |
| Мышьяк | 33 | 2·10−3 | 2·10−3 |
| Селен | 34 | 10−4 | 2·10−4 |
| Бром | 35 | 67 | 0,02 |
| Криптон | 36 | 10−4 | - |
| Рубидий | 37 | 0,12 | 2·10−3 |
| Стронций | 38 | 7,9 | 0,05 |
| Иттрий | 39 | 1,3·10−5 | 7·10−4 |
| Цирконий | 40 | 2,6·10−5 | 2,6·10−3 |
| Ниобий | 41 | 5·10−6 | 10−6 |
| Молибден | 42 | 0,01 | 10−3 |
| Технеций | 43 | - | - |
| Рутений | 44 | 10−7 | - |
| Родий | 45 | - | - |
| Палладий | 46 | - | - |
| Серебро | 47 | 10−4 | 2·10−4 |
| Кадмий | 48 | 7·10−5 | 2·10−4 |
| Индий | 49 | 10−6 | - |
| Олово | 50 | 10−5 | 4·10−5 |
| Сурьма | 51 | 3·10−6 | 10−3 |
| Теллур | 52 | - | - |
| Иод | 53 | 0,05 | 2·10−3 |
| Ксенон | 54 | 10−4 | - |
| Цезий | 55 | 3·10−4 | 3·10−5 |
| Барий | 56 | 0,018 | 0,03 |
| Лантан | 57 | 3·10−6 | 5·10−5 |
| Церий | 58 | 1,2·10−6 | 8·10−5 |
| Празеодим | 59 | 6,4·10−7 | 7·10−6 |
| Неодим | 60 | 2,5·10−6 | 4·10−5 |
| Прометий | 61 | - | - |
| Самарий | 62 | 4,5·10−7 | 8·10−6 |
| Европий | 63 | 1,2·10−7 | 10−6 |
| Гадолиний | 64 | 7·10−7 | 8·10−6 |
| Тербий | 65 | 1,4·10−7 | 10−6 |
| Диспрозий | 66 | 8,2·10−7 | 5·10−6 |
| Гольмий | 67 | 2,2·10−7 | 10−6 |
| Эрбий | 68 | 7,4·10−7 | 4·10−6 |
| Тулий | 69 | 1,5·10−7 | 10−6 |
| Иттербий | 70 | 8,2·10−7 | 4·10−6 |
| Лютеций | 71 | 1,5·10−7 | 10−6 |
| Гафний | 72 | - | - |
| Тантал | 73 | - | - |
| Вольфрам | 74 | 10−4 | 3·10−5 |
| Рений | 75 | 10−5 | - |
| Осмий | 76 | 10−6 | - |
| Иридий | 77 | - | - |
| Платина | 78 | - | - |
| Золото | 79 | 4·10−6 | 2·10−6 |
| Ртуть | 80 | 3·10−5 | 7·10−5 |
| Таллий | 81 | 10−5 | 10−3 |
| Свинец | 82 | 3·10−5 | 10−3 |
| Висмут | 83 | 3·10−5 | - |
| Полоний | 84 | - | - |
| Астат | 85 | - | - |
| Радон | 86 | 6·10−16 | - |
| Франций | 87 | - | - |
| Радий | 88 | 10−10 | - |
| Актиний | 89 | 10−16 | - |
| Торий | 90 | 10−7 | 10−4 |
| Протактиний | 91 | 10−10 | - |
| Уран | 92 | 3·10−3 | 5·10−4 |
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.
| Элемент | Символ | Атомный номер | Кларк городских почв[13] |
|---|---|---|---|
| Серебро | Ag | 47 | 0,37 |
| Алюминий | Al | 13 | 38200 |
| Мышьяк | As | 33 | 15,9 |
| Бор | B | 5 | 45 |
| Барий | Ba | 56 | 853,12 |
| Бериллий | Be | 4 | 3,3 |
| Висмут | Bi | 83 | 1,12 |
| Углерод | C | 6 | 45100 |
| Кальций | Ca | 20 | 53800 |
| Кадмий | Cd | 48 | 0,9 |
| Хлор | Cl | 17 | 285 |
| Кобальт | Co | 27 | 14,1 |
| Хром | Cr | 24 | 80 |
| Цезий | Cs | 55 | 5,0 |
| Медь | Cu | 29 | 39 |
| Железо | Fe | 26 | 22300 |
| Галлий | Ga | 31 | 16,2 |
| Германий | Ge | 32 | 1,8 |
| Водород | H | 1 | 15000 |
| Ртуть | Hg | 80 | 0,88 |
| Калий | K | 19 | 13400 |
| Лантан | La | 57 | 34 |
| Литий | Li | 3 | 49,5 |
| Магний | Mg | 12 | 7900 |
| Марганец | Mn | 25 | 729 |
| Молибден | Mo | 42 | 2,4 |
| Азот | N | 7 | 10000 |
| Натрий | Na | 11 | 5800 |
| Ниобий | Nb | 41 | 15,7 |
| Никель | Ni | 28 | 33 |
| Кислород | O | 8 | 490000 |
| Фосфор | P | 15 | 1200 |
| Свинец | Pb | 82 | 54,5 |
| Рубидий | Rb | 37 | 58 |
| Сера | S | 16 | 1200 |
| Сурьма | Sb | 51 | 1,0 |
| Скандий | Sc | 21 | 9,4 |
| Кремний | Si | 14 | 289000 |
| Олово | Sn | 50 | 6,8 |
| Стронций | Sr | 38 | 458 |
| Тантал | Ta | 73 | 1,5 |
| Титан | Ti | 22 | 4758 |
| Таллий | Tl | 81 | 1,1 |
| Ванадий | V | 23 | 104,9 |
| Вольфрам | W | 74 | 2,9 |
| Иттрий | Y | 39 | 23,4 |
| Иттербий | Yb | 70 | 2,4 |
| Цинк | Zn | 30 | 158 |
| Цирконий | Zr | 40 | 255,6 |
Примечания
- ↑ 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).
- ↑ 1 2 Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. — 1962. — Вып. 7. — С. 555—571.
- ↑ 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. — .
- ↑ Wedepohl K. H. Geochemie (нем.). — Berlin: Verlag Walter de Gruyter, 1967. — 220 S. — (Sammlung Göschen, Bd 1224-1224a/1224b).
- ↑ Clarke F. W., Washington H. S. The Composition of the Earth’s Crust // U.S. Dep. Interior, Geol. Surv.. — 1924. — Т. 770. — С. 518.
- ↑ Ферсман А. Е. Геохимия. — Природа и техника. ОНТИ, 1933, 1934, 1937 и 1939. — Т. I—IV.
- ↑ 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.
- ↑ Виноградов А. П. Закономерности распределения химических элементов в земной коре // Геохимия. — 1956. — Вып. 1. — С. 6—52.
- ↑ Соловов А. П., Архипов А. Я., Бугров В. А. и др.: «Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых». М.: Недра, 1990, с.9-10
- ↑ Vladimir Alekseenko, Alexey Alekseenko. The abundances of chemical elements in urban soils // Journal of Geochemical Exploration. — 2014. — № 147 (B). — С. 245–249.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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
- Алексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов Архивная копия от 2 апреля 2015 на Wayback Machine. — Ростов на Дону: Изд-во ЮФУ, 2013. — 388 с.
- Кухаренко А. А., Ильинский Г. А., Иванова Т. Н. и др. Кларки Хибинского массива // Записки Всесоюзного минералогического общества. 1968. Ч. 97. № 2. С. 133—149.
- 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. — .
