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 кларки:
- весовые (измеряются в процентах, г/т, г/кг или г/г);
- атомные (в процентах от числа атомов).
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 в 1889 году. 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 (железо). 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 месторожденияхполезных 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)
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.
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.
Примечания
- ↑ 12345Кларки / 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).
- ↑ 12Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. — 1962. — Вып. 7. — С. 555—571.
- ↑ 12Taylor 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. — Bibcode:1964GeCoA..28.1273T.
- ↑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. — ISSN1991-8801.
- ↑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.
- ↑ 12Алексеенко 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 ландшафтовАрхивная 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. — Bibcode:1964GeCoA..28.1273T.