Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Сервис онлайн-записи на собственном Telegram-боте
    Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое расписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
    Для новых пользователей первый месяц бесплатно.
    Чат-бот для мастеров и специалистов, который упрощает ведение записей:
    Сам записывает клиентов и напоминает им о визите;
    Персонализирует скидки, чаевые, кэшбэк и предоплаты;
    Увеличивает доходимость и помогает больше зарабатывать;
    Начать пользоваться сервисом
  • Кларк концентрации и кларк рассеяния. Коэффициент биофильности






    БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

    Кларк

    Кларк – это среднее содержание химического элемента в той или иной вещественной среде (космическом объекте, Земле в целом, литосфере, гидросфере, атмосфере, различных типах горных пород, почв, живом веществе и др.), полученное по данным изучения его естественной вариации. Термин введен в геохимию в 1923 году русским геохимиком и минералогом, академиком А.Е. Ферсманом (1883-1945) в память о Ф.У. Кларке (1847-1931) – американском геохимике, положившем начало статистическому изучению распределения химических элементов в природных объектах (земной коре, природных водах и др.). Различают глобальные, региональные (местные) и локальные кларки химических элементов. Единицами их измерения являются г/т, г/г, мг/кг, %. Анализ значений кларков позволяет понять закономерности распределения химических элементов в природных объектах Земли и доступной нашим наблюдениям части Вселенной.

    Содержание различных элементов в земной коре, а, следовательно, и их кларки, меняется в миллиарды раз (на десять математических порядков) (табл. 1). При этом в составе земной коры преобладают одиннадцать химических элементов (О, Si, Al, Fe, Ca, K, Na, Mg, Ti, H, Mn), высокое содержание которых позволяет им образовывать самостоятельные химические соединения – минералы, слагающие горные породы. Эти химические элементы получили название главных элементов (макроэлементов). Остальные элементы с малыми кларками преимущественно распылены, рассеяны среди химических соединений этих элементов, вследствие чего их называют рассеянными (редкими, следовыми, микро-) элементами. Среди них преобладают: P, F, Ba, S, C, Sr, Rb, Cl, Zr, Rb. Условной границей между группами главных и рассеянных элементов в земной коре может служить величина 0, 1%.

    О среднем химическом составе гидросферы судят по химическому составу морской (океанической) воды. Ее современный состав представляет собой результат длительных изменений под влиянием жизнедеятельности организмов. В отличие от земной коры, разброс значений кларка элементов в гидросфере выражен сильнее – на уровне пятнадцати математических порядков. К числу главных элементов принадлежат лишь пять – O, H, Cl и Na, на долю которых приходится 99, 67% от массы всех элементов гидросферы. Среди прочих элементов доминируют Mg, S, Ca, K, Br и C (табл. 2).

    Подобно химическому составу гидросферы, состав атмосферы Земли в значительной мере обусловлен деятельностью живых организмов. В настоящее время ее газовое вещество на 99, 9% состоит из N, O и Ar. Среди компонентов, содержащихся в малых количествах, выделяются пары воды, инертные газы и соединения, обусловленные биологическими процессами и фотохимическими реакциями (табл. 3).

    Кларки химических элементов в живом веществе[1] Земли (табл. 4) получены, исходя из данных об их содержании в организмах высших растений Мировой суши, которые преобладают над другими группами организмов по своей массе. Главные химические элементы в живом веществе – это O, C, H, N, Ca, K, S, Mg и Si (в сумме 99, 04%). Среди других элементов по массе выделяются P, Cl, Na, Al. Таким образом, для большинства химических элементов кларки в живом веществе значительно ниже, чем в земной коре. Большая степень корреляции химического состава живого вещества наблюдается с составами гидросферы и атмосферы, о чем свидетельствует преобладание в живом веществе элементов, образующих на поверхности Земли пары и газы (O, C, H, N).


    Таблица 1

    Кларки химических элементов в земной коре, весовые % (по А.П. Виноградову, 1962)

     

    Химический элемент Кларк Химический элемент Кларк
    O 47, 00 N 0, 0019
    Si 29, 50 Ga 0, 0019
    Al 8, 05 Co 0, 0018
    Fe 4, 65 Pb 0, 0016
    Ca 2, 96 Th 0, 0014
    K 2, 50 Sc 0, 0011
    Na 2, 50 B 0, 0010
    Mg 1, 87 Be 0, 00038
    Ti 0, 45 Cs 0, 00037
    H 0, 14 Sn 0, 00025
    Mn 0, 10 U 0, 00025
    P 0, 093 Ta 0, 00025
    F 0, 066 Br 0, 00021
    Ba 0, 065 As 0, 00017
    S 0, 047 Ge 0, 00014
    Sr 0, 034 W 0, 00013
    C 0, 023 Mo 0, 00011
    Cl 0, 017 Hf 0, 00010
    Zr 0, 017 I 0, 00004
    Rb 0, 015 Yb 0, 00003
    V 0, 009 Sb 0, 000050
    Zn 0, 0083 In 0, 000025
    Cr 0, 0083 Cd 0, 000013
    Ce 0, 0070 Hg 0, 000008
    Ni 0, 0058 Ag 0, 000007
    Cu 0, 0047 Se 0, 000005
    Li 0, 0032 Au 0, 0000009
    La 0, 0029 Bi 0, 00000043
    Y 0, 0029 Te 0, 00000010
    Nb 0, 0021 Re 0, 00000007

     

     

    Таблица 2

    Кларки химических элементов в гидросфере, весовые % (по А.А. Ярошевскому, 1990)

     

    Химический элемент Кларк Химический элемент Кларк
    O 85, 90 Se 0, 000000016
    H 10, 80 Cu 0, 000000013
    Cl 1, 919 Cd 0, 0000000084
    Na 1, 067 Hf 0, 0000000034
    Mg 0, 1280 Fe 0, 0000000033
    S 0, 0898 Al 0, 0000000027
    Ca 0, 0408 Zr 0, 0000000018
    K 0, 0396 Mn 0, 0000000016
    Br 0, 0067 Y 0, 0000000013

    Продолжение табл. 2

     

    Химический элемент Кларк Химический элемент Кларк
    C 0, 0028 W 0, 00000000105
    N 0, 000868 Ti 0, 00000000062
    Sr 0, 000780 La 0, 00000000056
    B 0, 000440 Ge 0, 00000000051
    Si 0, 000309 Sn 0, 00000000047
    F 0, 000130 Ag 0, 00000000032
    Ar 0, 000062 Pb 0, 00000000027
    Li 0, 0000178 Ta < 0, 00000000025
    Rb 0, 0000124 Re 0, 00000000019
    P 0, 0000062 Ce 0, 00000000013
    I 0, 0000057 Co 0, 00000000012
    Ba 0, 00000165 Yb 0, 00000000012
    Mo 0, 00000110 Ga 0, 00000000010
    U 0, 00000032 Nb < 0, 0000000005
    V 0, 00000020 Sc 0.000000000067
    As 0, 00000017 Hg 0, 000000000040
    Ni 0, 000000047 Be 0, 000000000020
    Zn 0, 000000039 Pt 0, 0000000000195
    Cs 0, 000000031 Te 0, 0000000000071
    Cr 0, 000000026 Th 0, 0000000000046
    Sb 0, 000000024 Bi 0, 0000000000031
    Ne 0, 000000016 Au 0, 0000000000020

     

     

    Таблица 3

    Химический состав атмосферы, объемные % (по Г.В. Войткевичу, 1986)

     

    Химический элемент Содержание Химический элемент Кларк
    N2 78, 08 Н2 0, 000050
    О2 20, 95 N2О 0, 000030
    Аr 0, 93 СО 0, 000012
    СО2 0, 032 Хе 0, 0000087
    Ne 0, 00182 NH3 0, 0000010
    Не 0, 000524 NO2 0, 0000001
    СН4 0, 000150 H2S 0, 00000002
    Кr 0, 000114    

     

     

    Таблица 4

    Кларки химических элементов в живом веществе, весовые % (по А.А. Ярошевскому, 1990)

     

    Химический элемент Кларк Химический элемент Кларк
    O 69, 10 Cr 0, 00007
    C 18, 50 Li 0, 00006
    Н 9, 39 V 0, 00006
    N 0, 76 Co 0, 00004

    Продолжение табл. 4

    Химический элемент Кларк Химический элемент Кларк
    Ca 0, 60 Cu 0, 00004
    K 0, 44 Y 0, 00003
    S 0, 19 La 0, 00003
    Mg 0, 13 Mo 0, 000024
    Si 0, 12 I 0, 00001
    P 0, 08 Sn 0, 00001
    Cl 0, 08 As 0, 000005
    Na 0, 0480 Cs 0, 000005
    Al 0, 0120 Be 0, 000004
    Mn 0, 0096 W 0, 000003
    Fe 0, 0080 Se 0, 000002
    Zn 0, 0020 Ga 0, 000002
    Sr 0, 0016 Bi 0, 000002
    Ti 0, 0013 Ag 0, 000001
    B 0, 0010 U 0, 0000008
    Ba 0, 0008 Hg 0, 0000005
    Zr 0, 0003 Sc 0, 0000003
    Rb 0, 0002 Cd 0, 0000002
    Br 0, 00015 Sb 0, 0000002
    F 0, 00014 Yb 0, 00000006
    Ge 0, 00010 Au 0, 00000001
    Ni 0, 00008    

     

     

    Материалы и оборудование: калькулятор, миллиметровая бумага формата А4, линейка, простой и цветные карандаши, стёрка, ножницы, клей.

    Задание 1.

    На миллиметровой бумаге постройте столбчатые диаграммы распределения содержания пяти химических элементов (на выбор) в различных компонентах биосферы (земная кора, гидросфера, атмосфера, живое вещество). Диаграммы вклейте в тетрадь и сделайте вывод о сходстве и различии химического состава компонентов биосферы по анализируемым элементам.

    Рекомендации к работе. Для удобства сопоставления значений кларков химических элементов, которые могут различаться между собой на несколько математических порядков, необходимо их прологарифмировать. Тогда на диаграмме по оси «х» указывается наименование химического элемента, а по оси «у» – величина десятичного логарифма его кларка (lg). Для большей наглядности отображаемого материала на диаграммах разных геосфер рекомендуется сохранять одну и ту же последовательность расположения химических элементов, а также цвет их столбцов.

     

    Кларк концентрации и кларк рассеяния. Коэффициент биофильности

     

    Химические элементы непрерывно мигрируют в природных средах. Следствием этой миграции нередко является возникновение участков и объектов повышенных либо пониженных содержаний тех или иных элементов по сравнению с их кларками. Чтобы оценить неоднородность такого распределения, в 1937 году В.И. Вернадский предложил использовать специальный показатель – кларк концентрации (Кк), который показывает, как отличается содержание химического элемента в изучаемом природном объекте от его кларка.

    Кларк концентрации рассчитывают по формуле:

     

    Кк = Ci (1)
    К

     

    где Ci – содержание химического элемента в исследуемой геохимической системе (горной породе, почве) или ее таксономической части (типе горной породы, руде, минерале, типе почвы); К – кларк этого же элемента в земной коре.

    Величина кларка концентрации всегда больше единицы (Кк > 1), что указывает на накопление (концентрирование) химического элемента в исследуемом природном объекте по сравнению с земной корой. При Кк = 1 содержание элемента в природном объекте и земной коре сходно.

    Если Ci значительно меньше К, то при математическом расчете обнаруживают, что Кк < 1. Тогда для получения целых чисел и большей контрастности показателя целесообразно воспользоваться понятием «кларк рассеяния»(Кр), а не «кларк концентрации», так как химический элемент в изучаемом объекте рассеивается, а не накапливается. Кларк рассеяния – это величина обратная кларку концентрации, представляющая собой отношение кларка элемента в земной коре к его содержанию в исследуемом природном объекте. Она показывает, во сколько раз кларк химического элемента в литосфере (К) больше его содержания в данном объекте (Ci):

     

    Кр = К (2)
    Ci

     

    Расчет коэффициентов концентрации и коэффициентов рассеяния позволяет выделять геохимические ассоциации накапливающихся и рассеивающихся химических элементов. В ассоциациях накапливающиеся элементы принято располагать в порядке уменьшения их значений Кк, тогда как рассеивающиеся элементы располагают в порядке увеличения их значений Кр. Например, в почвах Правобережья Самарской области ассоциация накапливающихся химических элементов представлена следующим рядом:

     

    Cu (5, 95)[2] – Pb (1, 94) – Zn (1, 68) – Co (1, 49) – Ti (1, 32) – Cr (1, 23) – Ni (1, 19)

     

    К числу рассеивающихся элементов относятся Sr и Fe:

     

    Fe (1, 70)[3] – Sr (2, 22)

     

    Содержание Mn (1, 02)[4] близко к кларку литосферы.

    Таким образом, кларки концентрации и кларки рассеяния являются показателями, характеризующими относительную распространенность химических элементов в природе и позволяющими судить о концентрации или рассеянии элементов в исследуемой системе (объекте) относительно земной коры.

    Частным случаем кларка концентрации, рассчитываемого для живых организмов, является коэффициент биофильности, или биофильность химического элемента(Б). Термин «биофильность» предложен в 1975 году А.И. Перельманом. Коэффициент биофильности показывает, насколько содержание того или иного химического элемента в живых организмах отличается от его содержания в земной коре, и рассчитывается по формуле:

     

    Б = Ж (3)
    К

     

    где Ж – содержание химического элемента в живой (сырой) массе организма или группы организмов; К – кларк элемента в земной коре.

    Наиболее биофильны С (Б = 7800), N (160) и Н (70). Биофильность остальных химических элементов чуть больше единицы [O (1, 5), Cl (1, 1), S (1, 0)] либо меньше ее (все остальные элементы). Наименее биофильны Fe (0, 002) и Al (0, 0006).

    Материалы и оборудование: калькулятор.

    Задание 2.

    Используя табл. 1, 5 и 6, рассчитайте коэффициенты концентрации и коэффициенты рассеяния для почв двух природно-территориальных комплексов Самарской области (на выбор – Самарская Лука, правобережье в целом, левобережье в целом, лесостепь левобережья, подзона богаторазнотравно-типчаково-ковыльных степей левобережья, подзона разнотравно-типчаково-ковыльных степей левобережья, подзона типчаково-ковыльных степей левобережья) и двух типов региональных почв (черноземы, аллювиальные дерновые насыщенные, серые лесные, дерново-карбонатные, темно-каштановые, солонцы, слабогумусированные пески, техногенные грунты). Выделите ассоциации накапливающихся и рассеивающихся химических элементов. Сделайте заключение о геохимических особенностях почвенного покрова Самарской области, сопоставив между собой почвы природно-территориальных комплексов, а также типы анализируемых почв.

    Рекомендации к работе. Для выполнения этого задания требуется перевести значения кларков химических элементов в земной коре, выраженные в весовых процентах, в величины кларков, выраженные в мг/кг. С этой целью значения кларков в весовых процентах умножают на 10000. Например, кларк кислорода в земной коре составляет 47 весовых процентов (табл. 1). Умножаем эту величину на 10000 и получаем 470000, – именно столько мг химического элемента содержит 1 кг земной коры.

     

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.