Хімічний склад земної кори, мантії та ядра Землі вивчений не однаково по причині неможливості одержання для аналізу зразків речовини глибоких шарів Землі. Безпосередньому вивченню до ступна поки що незначна частина земних надр, та й то в межах руд ників і бурових свердловин. Глибше хімічний склад в основному визначають за побічними даними. Хімічний склад земної кори досліджується з кінця XIX ст. за ре зультатами хімічних аналізів гірських порід і мінералів, відібраних із гірничих виробок. Спробу визначити середньоарифметичний вміст десяти найпо ширеніших хімічних елементів у верхньому шарі літосфери першим здійснив у 1889 р. керівник хімічної служби геологічного комітету США Франк Уінглсуорт Кларк (1847-1931) на основі майже тисячі точних аналізів систематично відібраних гірських порід. Роботи по уточненню цих даних проводились Ф. У. Кларком впродовж бага тьох років, а отримані їм цифри для більшості поширених елементів мало змінилися з удосконаленням методів і зберегли своє значення до нашого часу. В 1923 р. акад. О. Є. Ферсман запропонував се редній вміст хімічного елемента у земній корі, розрахований на весь її об’єм і виражений у вагових або об’ємних процентах, називати кларками. Масові кларки отримали широке поширення, оскільки вони відбивають найбільш загальні закономірності розподілу еле ментів в геосферах. Великий внесок у вивчення хімічного складу земної кори внес ли В. І. Вернадський, О. Є. Ферсман, О. П. Виноградов, В. М. Гольдшмідт, Вальтер та їда Ноддакі, Г. Хавеші та ін. Уточнення хімічно го складу земної кори триває. Результати робіт у цьому напрямку, виконані окремими дослідниками, подано у табл. 6.1. У земній корі переважає Оксиґен. Дещо менший вміст Силіцію та Алюмінію. Ці три елементи складають понад 80 % маси земної кори, а сума 8 найбільш поширених елементів перевищує 99 %. У цій геосфері міститься біля 90 хімічних елементів, переважна біль шість із який мають незначне поширення і відносяться до рідкісно земельних. Встановлено, що в материковій корі більший, ніж в океанічній, вміст оксидів Бі, N3 , К, Р. У корі океанів вищий, ніж на материках, вміст оксидів А1, Са, Mg, Ре, Ті, Мп. У загальному в хімічному відно шенні материкова кора представляє собою суміш гранітів і базальтів, океанічна - суміш базальтів із багатими олівіном ультраосновними породами - перидотитами.
Таблиця 6.1. Головні хімічні елементи земної кори, % маси Елемент Ф. У. Кларк, 1889 Оксиген Силіцій Алюміній Ферум Кальцій Магній Калій Натрій Титан Фосфор Сума 46,28 28,02 8,14 5,58 3,27 2,77 2,47 2,43 0,33 Автор, рік О. П. Виноградов, А. А. Беус, 1981 (без 1962 осадових порід) 47,0 29,5 8,05 4,65 2,96 1,87 2,5 2,5 0,45 0,093 99,6 46,1 26,7
8,1 6,0 5,0 3,0
1,6 2,3
0,6 0,09 99,49
0,10 99,32
Варто відмітити, що значення мас мінералів у земній корі точно не встановлені і визначаються ученими неоднаковими величина ми. Так, навіть для групи переважаючих мінералів - силікатів - роз раховані значення суттєво відрізняються. Американський геохімік Г. Вашингтон (1925) визначив масу силікатів у земній корі в 63 %, В. І. Вернадський (1937) - в 85 %, О. Е. Ферсман (1934) - у 74,5 %, Є. К. Назаренко (1963) - у 75 %, Б. О. Гаврусевич і М. І. Сафронов (1968) - у 80 %, О. Б. Ронов і О. О. Ярошевський (1967) - у 83 %. Остання цифра, очевидно, найбільш достовірна (Добровольский, 2001).
Речовина мантії до цих пір безпосередньому хімічному аналізу не піддавалась, так як дістати її поки що технічно неможливо. Хімічний склад мантії всгановлюють за аналогією зі складом тіл Сонячної си стеми (метеорити, Сонце) та за результатами надглибокого буріння океанічного дна. Використовують також глибинні породи рифтових зон серединно-океанічних хребтів, у яких мантійна речовина зна ходиться найближче до земної поверхні. При визначенні складу мантії і ядра у нагоді стають результати експериментів по ударному стис ненню силікатів і металів в умовах високого тиску. Верхня мантія складається з дунітів - силікатних порід, багатих і Ее. Нижче дуніт, можливо, переходить в ущільнений різновид
габро - еклогіт. Всередній мантії (до 1000 км) відбуваються найінтенсивніші фізико-хімічні перетворення мінералів: порушуються кри сталічні сітки, стискаються електронні оболонки, щільно упакову ються атоми. У нижній мантії (1000...2900 км) атоми настільки збли жені, що гірські породи набувають властивостей металів. Геологами встановлена велика схожість хімічного складу мантії Землі і кам’яних метеоритів, у яких переважають хондрити (біля 85,7 %). Дуніти і хондрити переважаючою складовою мають силі катну, залізну та сульфідну фази. В них задовільно узгоджуються співвідношення ізотонів Оксиґену, Карбону і Сульфуру. Це дає підстави говорити про хондритову модель Землі, про те, що силі катні фази мантії і кам’яних метеоритів співпадають. На відміну від земної кори в мантії переважають Бі і тому її називають оболонкою “сіма”. В останні роки посилено досліджується мантійний матеріал, особливо океанічної зони. Результати цих робіт вказують на те, що увесь досліджуваний підкоровий матеріал має однотипний ультраосновний вміст і є похідним метеоритного хондритового складу. Нинішній склад земної кори і мантії суттєво відрізняється від первинного. За даними ряду дослідників, склад первинної Землі, а відповідно і первинної мантії, був однаковим і характеризувався як різко ультраосновний. У ньому було 31 % Бі02(у нинішній мантії біля 45 %), 24 % Ре2 3і РеО та біля 13 % чистого Б'є (зараз у мантії 0 міститься біля 8,5 % всіх оксидів феруму і повністю відсутнє вільне залізо). Зміни хімічного складу мантії з часом відбуваються у силу ряду причин. Зокрема, мають місце поступовий перехід феруму і його оксидів у ядро та часткова міграція найбільш рухливих еле ментів (СІ, Б, К, №, и, ТИ), води та інших т. зв. літофільних еле ментів із мантії у внутрішні геосфери. Певне значення мало і те, що т. зв. сидерофільні елементи(№, Рі, РЬ, Си і їх сульфіди, а також Аи, разом із залізом опускались у земне ядро (Чечкин, 1990). Хімічний склад ядра Землі досліджений ще менше. З цього при воду існує ряд гіпотез. Більшість геохіміків (О. П. Виноградов, В. М. Жданов, Ф. Стейсі, К. Буллен) дотримуються думки, що склад ядра являє собою залізо-нікелевий сплав з домішками Б, М§, і 5Ю2 (“залізне ядро”). А. С. Монін і О. Г. Сорохтін вважають, що у зем ному ядрі повинно міститись від 85 до 90 % Феруму, причому у зов нішньому ядрі легкою домішкою до його є Оксиген, а у внутрішньому - Нікол. У другій, меншій групі гіпотез стверджується, що склад мантії та ядра однаковий: він силікатний, але речовина ядра перебуває в особливому, металізованому стані й характеризується підвищеною густиною і електричною провідністю (В. М. Лодочніков, В. В. Білоусов та ін.). Є ряд й інших, менш обґрунтованих точок зору.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Хімічний склад земних надр» з дисципліни «Геофізична екологія»
