2014-02-05
1646
При образовании минералов катионы, содержащие элементы с низкими кларками, обычно связываются с анионами, содержащими распространенные химические элементы. И наоборот, анионы, содержащие элементы с низкими кларками, связываются с катионами распространенных химических элементов.
Отсутствие минеральных форм для химических элементов с низкими кларками также связано с явлением изоморфизма, когда элементы с низкими кларками "захватываются" кристаллическими решетками минералов элементов с более высокими кларками.
К примеру, в кристаллическую решетку минералов, содержащих калий, "встраиваются " атомы рубидия, атомы галлия - в кристаллическую решетку минералов алюминия, атомы хрома в кристаллическую решетку минералов железа или магния и т.д.
Для безминеральной формы элементов характерны следующие виды нахождения ее в биосфере:
· природные истинные и коллоидные растворы;
· газовые смеси;
· изоморфные примеси в минералах;
· сорбированное состояние в минеральном поглощающем комплексе;
· металлоорганические (хелатные) соединения.
Обширные эмпирические данные показывают, что при массовом опробовании геохимическое поле литосферы характеризуется преобладанием относительно низких и сравнительно постоянных содержаний химических элементов, определяемых их кларками, и только в редких случаях существенно превышает этом уровень. У многих важных для развития человеческой цивилизации элементов эти фоновые содержания составляют только 0,0001 – 0,000001 %, что делает их извлечение при таком содержании экономически нецелесообразным. Это в равной мере относится к любым видам минерального сырья, для добычи которых современная промышленность преимущественно ориентируется на их природные скопления - месторождения полезных ископаемых. В месторождениях содержание ценных компонентов многократно превышает средний (кларковый) для них уровень. Соответственно в практических целях принято различать рассеянное и концентрированное состояние элементов в биосфере.
Рассеянное состояние характеризуется повсеместным содержанием химических элементов, близким к их кларкам для соответствующих объектов биосферы, и в настоящее время признается недостаточным для промышленного извлечения элементов.
Концентрированное состояние отвечает повышенному содержанию элементов в объектах биосферы, близкому к требованиям промышленности для соответствующих полезных ископаемых.
Для количественной характеристики этих состояний служит кларк концентраций - отношение содержания элемента в конкретном объекте (Сх) к его кларку (Ск) для этого объекта биосферы:
Содержание элементов (Сх) в объектах биосферы (литосфера, гидросфера, атмосфера, живые организмы) определяется по данным химических анализов, величины кларков элементов (Ск) - по литературным и справочным данным для изучаемых объектов биосферы.
Величина Кк может быть больше или меньше 1, указывая в последнем случае на деконцентрирование (вынос) элемента.
B настоящее время считается экономически целесообразным вести разработку месторождений элементов при следующих кларках концентраций (для разведанных месторождений) [ 3 ] (таблица 1.9).
Таблица 1.9. Кларки концентраций химических элементов в месторождениях
| Элемент | Кларк концентраций (Кк) |
| Si,Al,Sc,K,Ti,Fe,Ca | n×1 |
| Zr,Mg,Na,Hf,Tl,P,Y,Rb,Li,Br | n×10 |
| Nb,C,Co,Ba,La,V,Se,Ta,Th,Sr, Mn,Ni,U,Cu,F,S,Zn | n×100 |
| In,B,Sn,Cr,Au,Cs,Cl,Mo,Pb, Pt,Ge,Be,W,Te | n×1000 |
| Ag,Cd,As,Sb,Hg,Bi | n×1000 |
На основе многочисленных эмпирических данных и расчетов многих исследователей, установлено, что преобладающим для всех химических элементов в биосфере Земли является рассеянное состояние.
К примеру, доля запасов важнейших для человеческой цивилизации металлов в разведанных месторождениях составляет крайне малую величину - 0.053 % от их геохимических запасов в земной коре (до глубины в 1 км) (таблица 1.10) [ 5 ].
Таблица 1.10. Геохимические запасы важнейших металлов в земной коре до глубины 1 км
| Металл | Общее количество, т | В месторождениях, т | Доля запасов в месторождених,% |
| Fe | 2.1×1016 | 4.3×1012 | 0.021 |
| Cu | 4.2×1013 | 1.82×1010 | 0.043 |
| Zn | 2.1×1013 | 1.16×1010 | 0.055 |
| Ni | 3.3×1013 | 6×108 | 0.0018 |
| Co | 1.2×1013 | 5.25×107 | 0.00044 |
| Sn | 1.7×1013 | 5.8×108 | 0.003 |
| W | 4.2×1011 | 1.0×108 | 0.024 |
| Mo | 1.2×1012 | 1.0×108 | 0.008 |
| Hg | 2.9×1010 | 3.7×107 | 0.13 |
| Au | 2.1×109 | 3.15×106 | 0.15 |
В целом для биосферы характерна следующая закономерность: переход химических элементов в концентрированное состояние требует затрат энергии и сочетания благоприятных для этого геологических и геохимических условий, а переход элементов из концентрированного состояния в рассеянное протекает непрерывно и самопроизвольно.
