Кларк концентрации и кларк рассеяния. Коэффициент биофильности





БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Контрольные вопросы

 

1) Дайте определение понятию «кларк». Какова практическая значимость этого показателя?

2) Дайте определение понятиям «кларк концентрации» и «кларк рассеяния». Напишите формулы для их расчета.

3) Охарактеризуйте понятие «биофильность химического элемента».

4) Что представляет собой геохимический индекс почв?

5) Что отражает коэффициент биологического поглощения и для характеристики каких процессов, протекающих в биосфере, используется? Напишите его формулу.

6) Что представляет собой ряд интенсивности поглощения элементов?

7) Перечислите группы химических элементов в зависимости от интенсивности их накопления организмами.

8) С какой целью производят расчет коэффициента биологической подвижности? В чем заключается принципиальное отличие этого коэффициента от коэффициента биологического поглощения?

9) Какой биогеохимический смысл вкладывается в понятие «биогенность химического элемента»? Напишите формулу специальной биогенности.

10) Что такое биотичность?


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)

 

Компонент Содержание Компонент Содержание
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    

 

 

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).

 





Читайте также:
Понятие о дефектах. Виды дефектов и их характеристика: В процессе эксплуатации автомобилей происходит...
Конфликтные ситуации в медицинской практике: Наиболее ярким примером конфликта врача и пациента является...
Основные понятия ботаника 5-6 класс: Экологические факторы делятся на 3 группы...
Этапы развития человечества: В последние годы определенную известность приобрели попытки...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.018 с.