Кла́рки елеме́нтів — система усереднених вмістів, що характеризують поширеність хімічних елементів у великій геохімічній системі (в земній корі, літосфері, атмосфері, гідросфері, біосфері, на Землі загалом або в космосі). У більш вузькому розумінні — числа, які вказують середній вміст хімічних елементів у даному космічному тілі.

Історія Термін «кларк елементу» запропонував Олександр Ферсман у 1923 році на честь відомого американського геохіміка Френка Вігглсворта Кларка, який був піонером в оцінці хімічного складу земної кори. На основі хімічних аналізів численних зразків гірських порід, виконаних Кларком і його колегами з 1889 до 1924 р. Ф. В. Кларком вперше виконано узагальнення і оцінка хімічного складу гірських порід, що складають земну кору, з урахуванням їх поширення до глибини 16 кмClarke, F.W. & Washington, H.S.: «The Composition of the Earth's Crust». U.S. Dep. Interior, Geol. Surv. 770 (1924), 518..Ферсман, А. Е. Геохимия, тт. I—IV. Природа и техника. ОНТИ, 1933, 1934, 1937 и 1939.Clarke, Frank Wiggleworths (1889-10-26). «The relative abundance of the chemical elements» (PDF). Bulletin of the Philosophical Society of Washington. 11. Philosophical Society of Washington (published 1892): 131—142..

Найповніше зведення кларків й оригінальні оцінки середнього вмісту елементів у різних типах гірських порід і земній корі належать Ферсману (1933), О. П. Виноградову (1949, 1956, 1962)Виноградов, А. П.: «Закономерности распределения химических элементов в земной коре». Геохимия, 1956, № 1, с. 6-52.Виноградов А. П. Закономерности распределения химических элементов в земной коре. Геохимия, 1956, № 1, с. 6-52., З. Р. Тейлору (1964)Taylor, S.R. (1964). Abundance of chemical elements in the continental crust; a new table. Geochimica et Cosmochimica Acta 28(8): 1,273-1,285. doi: 10.1016/0016-7037(64)90129-2. та інAlekseenko V., Alekseenko A. The abundances of chemical elements in urban soils // Journal of Geochemical Exploration. — 2014. — № 147 (B). — С. 245—249. http://dx.doi.org/10.1016/j.gexplo.2014.08.003Wedepohl K. H., Geochemie, B., 1967 (Sammiung Göschen, Bd 1224-1224a/1224b). Свої дані кларків публікували також норвезький мінералог Віктор Гольдшмідт, новозеландський геохімік Брайян Масон (Brian Mason (geochemist), 1917-2009) та ін.

Водночас, технічні визначення «кларка», «земної кори» та «літосфери» різняться між авторами, і фактичні цифри відповідно відрізняються, іноді в кілька разів. Навіть один і той же автор представляє кілька версій, із різними параметрами оцінки. Трапляються оцінки середнього складу зовнішньої частини Землі з чотирма варіантами:

10-мильна кора, гідросфера та атмосфера. 20-мильна кора, гідросфера та атмосфера. 10-мильна кора, лише магматичні породи та осадові породи. (тобто без гідросфери та атмосфери) 10-мильна кора, лише магматичні породи. (тобто без гідросфери та атмосфери)

«Земна кора» в працях Кларка і Вашингтона (Clarke, Frank Wiggleworths (1889)) може означати дві різні речі: (а) всю зовнішню частину Землі, тобто літосферу, гідросферу та атмосферу; (b) Лише літосферу, що в їхніх роботах просто означало «скелясту кору землі».

У 1937 р. В. І. Вернадський запропонував спеціальні показники — кларк концентрації і кларк розсіювання — для оцінки підвищеного чи зниженого вмісту тих або інших хімічних елементів на окремих ділянках чи в окремих геологічних об'єктах у порівнянні з їх глобальними кларками (у земній корі, космічному тілі тощо). Кларки концентрації кожного елемента варіюють в тисячі разів, а при формуванні руд і рудних мінералів — іноді в мільйон разів. В екологічних дослідженнях забруднення міських територій кларки концентрації можуть розраховуватися як відносно кларків літосфери, так і по відношенню до кларків елементів для міських ґрунтів.

Крім того, в Україні запропоновано додатковий термін «Ноокларки» (від термінів ноосфера та кларки — В. С. Білецький, 2001) — числа, які вказують середній вміст (в %) хімічних елементів у даному космічному тілі, в межах зони, доступної для впливу людини (в надрах у вузькому їх розумінні) — тобто в зоні досяжності геологічної розвідки і гірничих робіт. Ноокларки корисні при аналізі ресурсів хімічних елементів, які потенційно можуть бути видобувними за даного рівня розвитку техніки.

Загальний опис

Кларки елементів оцінюють в масових, об'ємних, атомних відсотках (%), проміле (‰), мільйонних частках (г/т) або по відношенню до вмісту одного з елементів, найбільш поширеного, наприклад, кремнію.

У космосі різко переважають найпростіші елементи Н і Не (99,99 %), у земній корі (99 %) — О, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К, Ti, Mn, Н, у гідросфері О і Н. У певній залежності від кларків перебуває загальний вміст елементів у геохімічних системах, загальні запаси тих або інших металів і руд у земній корі, масштаби родовищ, кількість мінералів кожного елемента, поведінка елементів у геохімічних процесах.

Також кларки застосовують в екологічних дослідженнях забруднення навколишнього середовища. Регіональні значення кларка встановлюються для цілей екологічної геохімії та розвідки родовищ.

Сучасні дані кларків елементів різних геохімічних резервуарів можна знайти в базі даних Геохімічної еталонної моделі Землі — проекту GERM.Geochemical Earth Reference Model (GERM)

Елементи з кларками менше 0,01—0,001 % називають рідкісними. Якщо при цьому вони мають слабку здатність до концентрації — рідкісними розсіяними. Наприклад, кларки урану (U) і брому (Br) у літосфері відповідно рівні 2,5 і 2,1 %, але уран — рідкісний елемент (відомо 104 мінерали, що містять U), а бром — рідкісний розсіяний (відомий лише один його власний мінерал).Кларки хімічних елементів в біосфері, атмосфері, гідросфері, літосфері і космосі

Кларки елементів у земній корі Нижче наведені кларки елементів (в масових процентах) для земної кори. Елементи розташовані у порядку зменшення їх розповсюдженості. Institute of Pure and Applied Physics, 2007 Chemical Society of Japan, 1961

Номер з/п Елемент Кларк, мас.% 1. О 49,5000 2. Si 25,8000 3. Al 7,5700 4. Fe 4,7000 5. Ca 3,3800 6. Na 2,6300 7. К 2,4100 8. Mg 1,9500 9. H 0,8800 10. Ti 0,4100 11. Cl 0,1900 12. Р 0,0900 13. С 0,0870 14. Mn 0,0850 15. S 0,0480 16.N 0,0300 17. Rb 0,0290 18.F 0,0280 19. Ba 0,0260 20. Zr 0,0210 21. Cr 0,0190 22. Ni 0,0150 23. Sr 0,0140 24. V 0,0140 25. Zn 0,0120 26. Cu 0,0100 27. W 0,0064 28. Li 0,0060 29. Ce 0,0043 30. Co 0,0037 31. Sn 0,0035 32. Y 0,0026 33. Nd 0,0022 34. Nb 0,0019 35. Pb 0,0018 Разом 99,98 мас.% Інші елементи (сумарно) 0,02 мас.%

Кларки елементів у літосфері, гідросфері, атмосфері, біосфері

+Таблиця кларків хімічних елементів на Землі (мас. %) Номерелемента Символ елемента У літосфері У гідросфері В атмосфері У біосфері 1 H 1,00 … 0,000033 10,5 2 He 1·10−6 5·10−10 0,000072 сліди 3 Li 0,0032 1,5·10−5 … 1·10−5 4 Be 0,00038 6·10−11 … сліди 5 B 0,0012 4,6·10−4 … 1·10−3 6 C 0,023 2,8·10−3 0,0151 18,0 7 N 0,0019 5·10−5 75,510 0,3 8 O 47,0 … 23,1811 70,0 9 F 0,066 1,3·10−4 … 5·10−4 10 Ne 5·10−7 1·10−8 0,00125 сліди 11 Na 2,50 1,03554 … 0,02 12 Mg 1,87 0,1297 … 0,04 13 Al 8,05 1·10−6 … 5·10−3 14 Si 29,0 3·10−4 … 0,2 15 P 0,093 7·10−6 … 0,07 16 S 0,047 0,089 … 0,05 17 Cl 0,017 1,93534 … 0,02 18 Ar 4·10−4 6·10−5 1,2800 сліди 19 K 2,5 0,03875 … 0,3 20 Ca 2,96 0,0408 … 0,5 21 Sc 0,001 4·10−9 … сліди 22 Ti 0,45 1·10−7 … 8·10−4 23 V 0,009 3·10−7 … 10−4 24 Cr 0,0083 2·10−9 … 10−4 25 Mn 0,10 2·10−7 … 1·10−3 26 Fe 4,65 1·10−6 … 0,01 27 Co 0,0018 5·10−8 … 2·10−5 28 Ni 0,0058 2·10−7 … 5·10−5 29 Cu 0,0047 3·10−7 … 2·10−4 30 Zn 0,0083 1·10−6 … 5·10−4 31 Ga 0,0019 3·10−9 … сліди 32 Ge 1,4·10−4 6·10−9 … 10−4 33 As 1,7·10−4 1·10−7 … 3·10−5 34 Se 5·10−6 1·10−8 … 10−6 35 Br 2,1·10−4 6,6·10−3 … 1,5·10−4 36 Kr 2·10−8 3·10−8 0,00029 сліди 37 Rb 0,015 2·10−5 … 5·10−4 38 Sr 0,034 8·10−4 … 2·10−3 39 Y 0,0029 3·10−8 … сліди 40 Zr 0,017 5·10−9 … сліди 41 Nb 0,002 1·10−9 … … 42 Mo 1,1·10−4 1·10−6 … 1·10−5 44 Ru 5·10−6 … … сліди 45 Rh 1·10−6 … … сліди 46 Pd 1,3·10−6 … … 5·10−5 47 Ag 7·10−6 3·10−8 … сліди 48 Cd 1,3·10−5 1·10−8 … сліди 49 In 2,5·10−5 1·10−9 … … 50 Sn 2,5·10−7 3·10−7 … 5·10−5 51 Sb 5·10−5 5·10−8 … сліди 52 Te 1·10−7 … … сліди 53 I 4·10−5 5·10−6 … 1·10−5 54 Xe 3·10−9 … 0,000036 сліди 55 Cs 3,7·10−4 3,7·10−8 … 1·10−5 56 Ba 0,065 2·10−6 … 3·10−3 57 La 2,9·10−3 2,9·10−10 … сліди 58 Ce 7·10−3 1,3·10−10 … сліди 59 Pr 9·10−4 6·10−11 … сліди 60 Nd 3,7·10−3 2,3·10−11 … сліди 62 Sm 8·10−4 4,2·10−11 … сліди 63 Eu 1,3·10−4 1,1·10−10 … сліди 64 Gd 8·10−4 6·10−11 … сліди 65 Tb 4,3·10−4 … … сліди 66 Dy 5·10−4 7,3·10−11 … сліди 67 Ho 1,7·10−4 2,2·10−11 … сліди 68 Er 3,3·10−4 6·10−11 … сліди 69 Tm 2,7·10−5 1·10−11 … сліди 70 Yb 3,3·10−5 5·10−11 … сліди 71 Lu 8·10−5 1·10−10 … сліди 72 Hf 1·10−4 … … сліди 73 Ta 2,5·10−4 … … сліди 74 W 1,3·10−4 1·10−5 … сліди 75 Re 7·10−8 … … сліди 76 Os 5·10−6 … … сліди 77 Ir 1·10−6 … … сліди 78 Pt 2·10−5 … … сліди 79 Au 4,3·10−7 4·10−10 … сліди 80 Hg 8,3·10−6 3·10−9 … 10−7 81 Tl 1·10−4 1·10−9 … сліди 82 Pb 1,6·10−3 3·10−9 … … 83 Bi 9·10−7 2·10−8 … сліди 84 Po 2·10-14 … … … 86 Rn 7·10-16 6·10-20 … … 88 Ra 2·10−10 1·10-14 … 10−12 89 Ac 6·10-14 2·10-20 … … 90 Th 1,3·10−3 1·10−9 … сліди 91 Pa 7·10−11 5·10−15 … … 92 U 2,5·10−4 3·10−7 … 10−6+

Кларки в міських ґрунтах Нижче наведені кларки елементів в мг/кг (грам на тонну; ppm; 1•10−4 %) для міських ґрунтів. Поширеність і розподіл хімічних елементів досліджені та О. В. Алєксєєнко за сприяння академіка М. П. Лаверова в ґрунтах більш ніж 300 населених пунктів. Роботи проводилися протягом 15 років і дозволили узагальнити як дані власних випробувань ґрунтів, так і значне число опублікованих досліджень, присвячених забрудненню міських ґрунтів у багатьох країнах. Детальна інформація про методику розрахунку кларків міських ґрунтів і використаних даних наведена в статтяхАлєксєєнко В. О., Лаверов М. П., Алєксєєнко О. В. Про кларки хімічних елементів в ґрунтах населених пунктів // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Гірничо-геологічна. — 2011. — № 15 (192). — С. 17-21.Алексеенко В. А., Алексеенко А. В., Воронец С. Н. Роль природных факторов в формировании геохимических особенностей почв селитебных ландшафтов // Структура и морфогенез почвенного покрова в условиях антропогенного воздействия. Мат-лы Междунар. науч.-практ. конф. — Изд. центр БГУ, Минск, 2013. — С. 236—238. http://elib.bsu.by/handle/123456789/48936 і двох монографіяхАлексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. — Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. — 388 с. — 5000 экз. —ISBN 978-5-9275-1095-5.Алексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в городских почвах. — М.: Логос, 2014. — 312 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-98704-670-8..

Вперше наводяться значення кларків, які можуть бути використані як стандарти вмісту елементів (як гранично допустима концентрація) у міських ґрунтах початку XXI ст.

ЕлементАтомний номерКларк в міських ґрунтахAg470,37Al1338200As3315,9B545Ba56853,12Be43,3Bi831,12C645100Ca2053800Cd480,9Cl17285Co2714,1Cr2480Cs555,0Cu2939Fe2622300Ga3116,2Ge321,8H115000Hg800,88K1913400La5734Li349,5Mg127900Mn25729Mo422,4N710000Na115800Nb4115,7Ni2833O8490000P151200Pb8254,5Rb3758S161200Sb511,0Sc219,4Si14289000Sn506,8Sr38458Ta731,5Ti224758Tl811,1V23104,9W742,9Y3923,4Yb702,4Zn30158Zr40255,6

Див. також Ноокларки Геохімічна класифікація елементів Літофільні елементи Земля Кларк концентрації

Примітки

Література

Перельман А. И. Геохимия. — М.: Высшая школа, 1989. — 531 с. — ISBN 5060004724.