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 - - - 0.0000000001x·10−10  - -
Серебро Ag 0.010,0x 0,1 0,02 0,1 0,07 0,07
Алюминий Al 75100 74500 81300 88000 80500 82300
Аргон Ar - 4 - - - -
Мышьяк As 1x 5 5 5 1,7 1,8
Золото Au 0.0010,00x 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 0.010,0x 0,1 0,2 0,2 0,009 0,17
Бром Br 1x 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 0.10,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 0.0010,00x 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 0.00001x·10−5  1 15 15 19 15
Гадолиний Gd - 7,5 6,36 10 8 5,4
Германий Ge 0.00001x·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 0.10,x 0,05 0,5 0,07 0,083 0,08
Гольмий Ho - 1 1,15 1,3 1,7 1,2
Иод I 0.10,x 10 0,3 0,5 0,4 0,5
Индий In 0.00001x·10−5  0,1 0,1 0,1 0,25 0,1
Иридий Ir 0.0001x·10−4  0,01 0,001 0,001 - -
Калий K 24000 23500 25900 26000 25000 20900
Криптон Kr - 0.00022·10−4  - - - -
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 1x 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 0.0001x·10−4  0,05 - 0,05 - -
Фосфор P 1200 1200 1200 800 930 1050
Протактиний Pa - 0.00000077·10−7  - 0.00000110−6  - -
Свинец Pb 20 16 16 16 16 12,5
Палладий Pd 0.00001x·10−5  0,05 0,01 0,01 0,013 -
Полоний Po - 0,05 - 0.00000000022·10−10  - -
Празеодим Pr - 4,5 5,53 7 9 8,2
Платина Pt 0.0010,00x 0,2 0,005 0,005 - -
Радий Ra 0.000001x·10−6  0.0000022·10−6  - 0.00000110−6  - -
Рубидий Rb 1x 80 280 300 150 90
Рений Re - 0,001 0,001 0,001 0.00077·10−4  -
Родий Rh 0.00001x·10−5  0,01 0,001 0,001 - -
Радон Rn - ? - 0.0000000000077·10−12  - -
Рутений Ru 0.00001x·10−5  0,05 - 0,005 - -
Сера S 480 1000 520 500 470 260
Сурьма Sb 0.10,x 0,5 1(1) 0,4 0,5 0,2
Скандий Sc 0.10,x 6 5 6 10 22
Селен Se 0.010,0x 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 1x 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 0.0010,00x 0,01 0.0018(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 0.0001x·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 - 0.000033·10−5  - - - -
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 0.0000055·10−6  -
Литий 3 0,18 0.00252,5·10−3 
Бериллий 4 0.0000055·10−6  -
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 0.000110−4  -
Натрий 11 10670 5
Магний 12 1280 2,9
Алюминий 13 0.00110−3  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 0.000000808·10−7  0.0000044·10−6 
Титан 22 0.00110−3  0.0033·10−3 
Ванадий 23 0.0022·10−3  0.00110−3 
Хром 24 0.000252,5·10−4  0.00110−3 
Марганец 25 0.000110−4  0,01
Железо 26 0.0055·10−3  0,04
Кобальт 27 0.000033·10−5  0.00033·10−4 
Никель 28 0.00055·10−4  0.00252,5·10−3 
Медь 29 0.000252,5·10−4  0.0077·10−3 
Цинк 30 0.00110−3  0,02
Галлий 31 0.000022·10−5  0.000110−4 
Германий 32 0.000055·10−5  0.000077·10−5 
Мышьяк 33 0.0022·10−3  0.0022·10−3 
Селен 34 0.000110−4  0.00022·10−4 
Бром 35 67 0,02
Криптон 36 0.000110−4  -
Рубидий 37 0,12 0.000022·10−3 
Стронций 38 7,9 0,05
Иттрий 39 0.0000131,3·10−5  0.00077·10−4 
Цирконий 40 0.0000262,6·10−5  0.00262,6·10−3 
Ниобий 41 0.0000055·10−6  0.00000110−6 
Молибден 42 0,01 0.00110−3 
Технеций 43 - -
Рутений 44 0.000000110−7  -
Родий 45 - -
Палладий 46 - -
Серебро 47 0.000110−4  0.00022·10−4 
Кадмий 48 0.000077·10−5  0.00022·10−4 
Индий 49 0.00000110−6  -
Олово 50 0.0000110−5  0.000044·10−5 
Сурьма 51 0.0000033·10−6  0.00110−3 
Теллур 52 - -
Иод 53 0,05 0.0022·10−3 
Ксенон 54 0.000110−4  -
Цезий 55 0.00033·10−4  0.000033·10−5 
Барий 56 0,018 0,03
Лантан 57 0.0000033·10−6  0.000055·10−5 
Церий 58 0.00000121,2·10−6  0.000088·10−5 
Празеодим 59 0.000000646,4·10−7  0.0000077·10−6 
Неодим 60 0.00000252,5·10−6  0.000044·10−5 
Прометий 61 - -
Самарий 62 0.000000454,5·10−7  0.0000088·10−6 
Европий 63 0.000000121,2·10−7  0.00000110−6 
Гадолиний 64 0.000000707·10−7  0.0000088·10−6 
Тербий 65 0.000000141,4·10−7  0.00000110−6 
Диспрозий 66 0.000000828,2·10−7  0.0000055·10−6 
Гольмий 67 0.000000222,2·10−7  0.00000110−6 
Эрбий 68 0.000000747,4·10−7  0.0000044·10−6 
Тулий 69 0.000000151,5·10−7  0.00000110−6 
Иттербий 70 0.000000828,2·10−7  0.0000044·10−6 
Лютеций 71 0.000000151,5·10−7  0.00000110−6 
Гафний 72 - -
Тантал 73 - -
Вольфрам 74 0.000110−4  0.000033·10−5 
Рений 75 0.0000110−5  -
Осмий 76 0.00000110−6  -
Иридий 77 - -
Платина 78 - -
Золото 79 0.0000044·10−6  0.0000022·10−6 
Ртуть 80 0.000033·10−5  0.000077·10−5 
Таллий 81 0.0000110−5  0.00110−3 
Свинец 82 0.000033·10−5  0.00110−3 
Висмут 83 0.000033·10−5  -
Полоний 84 - -
Астат 85 - -
Радон 86 0.00000000000000066·10−16  -
Франций 87 - -
Радий 88 0.000000000110−10  -
Актиний 89 0.000000000000000110−16  -
Торий 90 0.000000110−7  0.000110−4 
Протактиний 91 0.000000000110−10  -
Уран 92 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.

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. ↑ 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. — Bibcode: 1964GeCoA..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