<<
>>

Что такое кларки

  Что же определяет распространенность полезных ископаемых и трудность их поисков? Почему золото найти труднее, чем, например, железо или молибден?
Напомним, что в недрах существуют только минералы и горные породы, а в ранг полезных ископаемых возводят лишь те их скопления, какие можно извлечь с пользой, а это зависит от уровня техники и многих других причин.
Ископаемые, бесполезные вчера, сегодня становятся полезными, и наоборот. />Пожалуй, существует только один устойчивый предел, ограничивающий понятие о полезных ископаемых, как бы определяющий нижнюю границу их существования. Это — кларк.
Многим читателям такое слово ^ничего не. скажет, а некоторым напомнит созвучное — кварк, потому что в наши дни кварки не сходят с журнальных страниц и стали более известны, чем кларки.
Крестный отец кларков — академик А. Е. Ферсман. Это по его предложению в 1933 г. ученые разных стран договорились называть кларком среднее содержание химических элементов (в честь американского химика Фрэнка Кларка) в земной коре и других комплексах.
В годы, когда Кларк начал работать, в науках о Земле господствовало так называемое описательное направление. Слова Сальери «музыку я разъял, как труп» были вполне приложимы и к природе. Ее фрагменты изучали, описывали тщательно, но разобщенно. Уже было накоплено очень много данных о минералах и горных породах, но что же представляет собой в целом земная кора — этот фундамент человеческого общежития,— не знал никто. Было очевидно, что горные породы так разнообразны по составу и свойствам, а границы их распространения, особенно в глубину, так трудно определимы, что пройдут века, прежде чем удастся их установить и вычислить средний химический состав земной корф.
Фрэнк Кларк избрал для этой цели иной путь. Он кропотливо собирал все сведения о химических анализах горных пород, выполненных в разных странах. Накопив около 6000 анализов, он занялся делом, на первый взгляд бессмысленным — суммировал содержание каждого элемента и вывел среднее арифметическое. Он как бы смешал воедино все породы, независимо от их происхождения, состава и распространенности — глины и граниты, алмазоносные кимберлиты и покровы базальтов, коралловые известняки теплых морей и ледниковые отложения.
Кларк нарушил усвоенное всеми с детства правило арифметики, что яблоки можно суммировать с яблоками, ' но отнюдь не с апельсинами. В 1889 г. он опубликовал полученные таким антиарифметическим способом данные, утверждая, что они примерно отображают средний состав земной коры, а точнее — ее верхней, доступной для наблюдений части, которая составляет около 10 миль (16 км).
Кларк обосновал допустимость такого способа подсчета среднего содержания элементов тем, что число анализов той или другой горной породы в определенной мере пропорционально ее распространению в земной коре, а многочисленность выполненных апализов уменьшает влияние случайных ошибок.
Это была первая попытка применить в широком масштабе вариационно-статистический метод для познания химии планеты.
Встречена она была с недоверием. Аргументы Кларка не убеждали, особенно потому, что не только метод подсчета, но и его результаты, казалось, противоречили здравому смыслу. Так, Кларк высчитал, что кислород в земной коре составляет по весу половину, а по объему — 92 %! Получалось, что фундамент человеческого общежития представляет собой нечто вроде окаменевшей кислородной подушки.
В дальнейшем, по мере развития геохимии — науки о распределении элементов и процессах их миграции в Земле — ее создатели Гольдшмидт, Вернадский, Вашингтон, Ферсман и многие другие доказали, что данные Кларка верны и нуждаются лишь в уточнениях. Современные представления о химическом составе земной коры отражает рис. 1.
Уникальная концентрация кислорода в земной коре не только доказана, но и получила объяснение в зональном строении планеты {кора, мантия, ядро) и гипотезе о ее

f
%
300
1
I
§
zoo
формировании путем дифференциации из холодного протооблака.
Первоначальная неоднородность протооблака обусловила неравномерный разогрев вещества при распаде радиоактивных элементов, возникновение локальных очагов плавления, а в них перемещение вещества — кристаллизацию и оседание тяжелых соединений, движение тепла и легкоплавких компонентов вверх. Такой механизм зонного плавления моделирован в лабораториях, где получили тя-

жч'лые ультраосновные и более легкие базальтовые породы. Это показало, что при зонном плавлении вещества иодкоровых глубин происходит миграция к поверхности кремния, алюминия и других легких элементов, которые образуют с кислородом прочные соедипепия. Эти элементы занимают (см. рис. 1).весь круг, символизирующий земную кору. Они составляют в ней 99,3% (по весу) и сосредоточены в верхней части периодической системы элементов. Американский геохимик Вашингтон пазвал их петрогенными (от греческого слова «Петра» — камень) и отделил на таблице Менделеева ломаной линией. Элементы, находящиеся в нижней части таблицы, Вашингтон назвал металлогенными («металл» происходит от греческого корня, переводимого примерно как «труднонаходимый», что верно отражает суть).
Петрогенные элементы формируют полевые шпаты, кварц, слюды и другие породообразующие минералы. Для них характерна 8-электронная внешняя оболочка, обусловливающая инертность, малую способность к накоплению при глубинных, высокотемпературных процессах. У земной поверхности они способны создавать крупные скопления (месторождения бокситов, соли, гипса и т. д.).
Для металлогенных элементов типичен высокий атомный вес, 18-электронная внешняя орбита иопов. Распространены их соединения в основном с серой и реже — с кислородом, при глубинных процессах они обладают способностью накапливаться, а в условиях поверхности происходит их рассеяние. Минералы, содержащие металлогенные элементы, отличаются от петрогенных большой плотностью и малой твердостью, непрозрачностью и высокой отражательной способностью. Это определяет специфический облик руды, ее отличия от вмещающих горных пород — детищ петрогенных элементов.
В средней части таблицы Менделеева, прилегающей к «границе Вашингтона», сгруппировались элементы, обладающие промежуточными свойствами,— они участвуют в петрогенных процессах, образуя минералы горных по- : род, но при определенных условиях формируют и рудные минералы. Из таких «двуликих» наибольшее распространение имеет железо, другие — марганец, сера, хром, никель не входят в число главных элементов земной коры. Их кларк измеряется тысячными долями процента, и они вынесены на отдельную диаграмму в левой части рис. 1.

В правой части показаны элементы, самые ничтожные по распространенности, чей кларк установить представляло огромные трудности.
Наибольшее внимание среди них, естественно, привлекало золото — на его розыск во всех природных веществах в надежде на удачу средств не жалели и упорно совершенствовали способы анализа. (В наши дни сочетание традиционного «пробирного» метода со спектральным, радиометрическим и другими обеспечивает определение золота с фантастической чувствительностью— 10”®%.)
При изучении золота приходится иметь дело с такими ничтожными концентрациями, что выражать их в процентах при практических подсчетах неудобно. Поэтому для золота и других «низкокларковых» элементов принята иная мера — граммы на тонну вещества (г/т), величина в тысячу раз меньшая, чем процент. Но и такая «гиря» удобна только для богатых скоплений, а в остальных случаях приходится пользоваться еще в тысячу раз меньшей — определять миллиграммы в тонне вещества (мг/т).
При проверке на золото различных природных веществ выявилось его присутствие там, где меньше всего этого можно было ожидать,— в листьях растений, в крови животных и т. д. Ничтожная примесь золота в растениях повсеместна, а в золотоносных районах она местами весьма значительна. Лучшим накопителем золота оказалась кукуруза. (Уж не по этой ли причине Чехов шутливо называл в письмах Лику Мизинову «кукурузой души моей»?)
Прослеживая распространение золота, специалисты убедились, что оно сохраняет свою индивидуальность при любых концентрациях, и проследили его круговорот в природе (рис. 2). Это позволило выявить закономерности, характерные для природных процессов, и сформулировать одно из важнейших положений геохимии о том, что «все есть во всем» и рассеяние элементов отображает основную направленность этих процессов.
Было установлено, что в верхнем слое земной коры, в глине, песках, известняках и других осадочных породах, содержание золота довольно равномерно и близко к 1 мг/т. Лишь кое-где картину осложняют местные аномалии (россыпи). Оказалось, что вода морей и океанов почти так же золотоносна, как осадочные породы, но менее однородна — содержание золота возрастает при приближении к берегам, а также в жарких климатических зонах, по сравнению с

Рис. 2. Миграция золота в природе
1 — геосфера (поверхностные процессы); II — биосфера; 111 — биогеосфера; IV — космосфера; V — геосфера (глубинные процессы)


холодными. Наиболее высокое, превышающее 50 мг/т содержание характерно для Мертвого моря, где уже делаются попытки его добывать совместно с йодом и другими элементами.
В составе земной коры главное место принадлежит магматическим породам. Под осадочным слоем выделяют гранитный слой, в котором преобладают кислые и средние породы * — в них содержание золота в среднем составляет 4—5 мг/т. Основные породы, характерные для нижнего слоя земной коры, отличаются более высоким содержанием — 8—10 мг/т. Они порождены базальтоидной магмой, внедрявшейся из подкоровых глубин, что позволяет предположить их более высокую золотоносность, по сравнению с земной корой. На это же, с позиций гипотезы о происхождении Земли из метеоритного облака, указывает высокое содержание золота в метеоритах, особенно железных (свыше 50 мг/т).
* Магматические породы по содержанию кремнекислоты подразделяют на основные (базальт, габбро, перидотиты) — до 50%, средние (диориты, андезиты) — 50—65% и кислые (граниты,, грано- диориты, липариты) —более 65%,

Установлено, что месторождения золота пространственно и генетически обычно связаны не с основными породами, кларк которых наиболее высок, а — с гранитоидами. Предполагается, что более нцзкое содержание в них золота обусловлено его выносом на поздних стадиях застывания магмы, когда происходит интенсивное выделение ки рячих кремнистых растворов, порождающих кварцевые жилы. Содержание золота в них очень изменчиво. Абсолютно преобладают «пустые», или бедные им, но существуют и «золотоносные пояса», где содержание золота достигает десятков и даже сотен грамм на тонну. И все же эти «местные» аномалии слишком малы, чтобы существенно изменить величину кларка.
На основе огромного количества анализов среднее содержание золота в земной коре признано равным 4,3*10”7%, или 4,3 мг/т. Кларк серебра выше в 20 раз, сурьмы и ртути — в 100 раз, олова, свинца, молибдена —« в 1000 раз, не говоря уже о других чаще встречающихся металлах. Бесспорно установлено, что «царь металлов» среди них — пигмей, левофланговый в шеренге. Если же судить по применению золота в быту, то его надо поставить вслед за железом, медью, алюминием, в ряду широко распространенных элементов. А если еще и вспомнить о подземельях банков — главном средоточии металла, то невольно возникнет вопрос — уж не ошиблись ли геохимики?
Конечно, человеческое общество представляет сейчас крупнейшее «месторождение» золота, но перемещение его из недр на поверхность не меняет кларка и не ставит под сомнение надежность подсчетов — по сравнению с другими металлами золота в земной коре очень мало.
Любое природное вещество может стать полезным ископаемым лишь при его содержании выше кларкового. А вот насколько выше должно быть содержание — ответ не прост, он зависит от свойств элемента и многих других факторов. Для того чтобы стало возможным сопоставление элементов в таком аспекте, В. И. Вернадский ввел новое понятие: кларк концентрации — отношение минимального содержания элемента, при котором возможна его добыча, к кларку этого элемента в земной коре. Очевидно, что кларк концентрации меняется в зависимости от уровня техники и других причин.
В наше время разработка коренных месторождений
возможна примерно при таких кларках концентрации: пе- трогепные и промежуточные элементы (железо, алюминий и др.) — 5—10, олово — 25, цинк — 200, молибден 330, свинец — 600, золото — 1000. Ряд можно продолжить, например, кларк концентрации сурьмы — 10 000, отметив, что золото по этому показателю — «середняк».
Картину осложняет различная подвижность элементов, обусловленная внутренними и внешними факторами миграции (свойствами кристаллической решетки, концентрацией вещества и т. д.), но в первом приближении связь с величиной кларка очевидна — чем меньше кларк, тем более высокие, редко возникающие концентрации элемента необходимы для его практического использования*
Подсчитано, что в земной коре, с учетом гидросферы, имеется около 50 млн. т золота, а его скопления, пригод- ные для разработки при современном высоком уровне тех-» ники, оцениваются приблизительно в 50 тыс. т, и, следовательно, 99,9% всего золота мира находится в рассеянном состоянии.
Сопоставление кларков всех элементов, последовательность их открытия и использования выявили общую закономерность — чем меньше кларк элемента, тем труднее его добывать, тем он дороже и позднее стал известен людям* Советский исследователь В. Рич сформулировал «правило больших кларков» и показал, что из 107 ныне известных элементов 94 были открыты в последовательности кларков — от больших к меньшим. Таким образом, кларковая характеристика золота, казалось бы, подкрепляет предположение о том, что пбзднее его открытие в России было вполне закономерным. Однако этому выводу противоречит история открытия золота во многих других странах.
<< | >>
Источник: Локерман А. А.. Загадка русского золота. 1978
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме Что такое кларки:

  1. РАЗДЕЛ 0. У БАРБОСА ЕСТЬ ВОПРОСЫ. Что такое "много" и что такое "мало"?
  2. Что такое «аккредитация»? Зачем она нужна и что дает журналисту?
  3. XI ЧТО ТАКОЕ Я САМ?
  4. 3.1. Что такое жизнь?
  5. ЧТО ТАКОЕ ЖИЗНЬ?
  6. ЧТО ТАКОЕ ДОБРО?
  7. Что такое золото
  8. Что такое новость
  9. 5.2. Что такое добро?
  10. ЧТО ТАКОЕ РАЗВИТИЕ?