Ассоциации элементов в земной коре

Ассоциации элементов (Э, АЭ) – группы элементов, минералов (по наблюдениям геологов).

Впервые идея о закономерностях размещения природных АМ (минералов) сформулировано более 200 лет назад российским академиком В.М. Севергиным, который ввел понятие – «смежность минералов». Термин аналогичен по смыслу «парагенезису» (через 50 лет предложен Брейтгауптом). Сначала парагенезис «М», но в 1909 г. В.И. Вернадский ввел понятие парагенезис «Э». Парагенезис «М» естественно включает парагенезис «Э». Однако последний шире первого, т.к. включает АЭ не только в твердой части земной коры, но и в других оболочках – гидросфере, атмосфере. Очень важно, что АЭ само собой включают в сферу внимания и те «Э» которые не входят в формулы «М», т.е. элементы рассеяния. Совершенствовалась технология изучения (спектральный, масс-спектрометрический, радиохимический, полярографический, люминисцентный и другие методы) – росло представление о концентрированных и рассеянных «Э». Сейчас установлено, что рассеяние «Э» является их всеобщим свойством. Есть «Э» - только рассеянные, т.е. они не дают самостоятельных минералов: галлий, индий, радий и др. У многих элементов лишь незначительная часть атомов концентрируется в самостоятельные минералы, огромная часть атомов находится в состоянии рассеяния. Только у наиболее распространенных элементов количество атомов, которые концентрируются больше атомов в состоянии рассеяния (кислород, кремний, алюминий, железо и др.). Существует закономерность – чем больше распространен элемент, тем больше число минералов, которые содержат его в значительных количествах и наоборот.

Таким образом, выделяются две большие группы ассоциаций элементов: АЭ в рассеянном состоянии и АЭ в состоянии концентрации.

Для литосферы и гидросферы элементы рассеяния образуют как бы качественно единую ассоциацию: в любой их части современными методами можно установить наличие всех или почти всех элементов таблицы Д.И. Менделеева. Это своего рода натуральный фон, качественно единый, хотя количественно неравномерный.

На этом фоне выделяются различные ассоциации элементов в состоянии концентрации, чаще всего в виде залежей или месторождений каких-то полезных ископаемых. Они более доступны для изучения.

АЭ рассеяния в литосфере и гидросфере (в атмосфере их мало: только газы) имеют одну важную причину формирования ассоциации: элементы растворимы в водах морей, океанов, озер, рек. Абсолютно нерастворимых веществ нет. Гидросфера непрерывно обменивается материей с литосферой (и атмосферой). Растворение создает единый для гидросферы парагенезис «Э» в состоянии рассеяния. Масштаб рассеяния обуславливается масштабами океанов, морей и т.д. Все другие причины отходят на второй план.

Несколько сложнее с литосферой. Здесь тоже все или многое связано с растворением, т.к. вода пронизывает всю литосферу. Другая важная причина образования единой АЭ рассеяния: образование горных пород и минералов. Все они образовались из жидких магматических расплавов: а) непосредственно (изверженные горные породы) или б) через промежуточные стадии (гидротермальные жилы, осадочные породы и др.).

Любая гипотеза образования Земли допускает, что вещество земной коры все или в значительной части находилось в расправленном состоянии. При этом все «Э» были смешаны в количествах близких к среднему их кларку. В последующем, при изменении t⁰C, Р_атм проходило разделение «Э». Это разделение не идеальное, не совершенное и любая порода, любой минерал представляя собой концентрацию атомов, лежащих в их основе, содержат и другие атомы – рассеянные.

Есть и другие причины рассеяния: Рассеянное «Э» микроорганизмами; упругость паров; газы и др., ядерные превращения одних атомов в другие. Например, сильно радиоактивные элементы: уран, торий, актиний. Продукты их распада находятся в состоянии большого рассеяния.

АЭ концентрации (АЭК) с самого начала разделены на определенные группы, например, по агрегатному состоянию: твердые, жидкие, газообразные.

1. АЭ в литосфере; 2. АЭ в гидросфере; 3. АЭ в атмосфере. Последние две группы характеризуются более или менее постоянными и определенными АЭ. Значительно разнообразие АЭ в твердой оболочке – литосфере. Здесь могут быть выделены парагенезисы Э: а) изверженных горных пород; б) осадочных пород; в) пегматитовых жил; г) пневматолитовых и гидротермальных месторождений; д) гипергенных образований. Можно делить и более дробно, что и делают исследователи.

Наиболее важные причины образования АЭК: их несколько и все они связаны со свойствами элементов в конкретных t-P и физико-химических обстановках земной коры: а) миграция атомов; б) превращение «Э»-ов, т.е. устойчивость ядер их атомов. И опять мы обращаемся к таблице Д.И. Менделеева: как утверждал А.Н. Заварицкий: таблица наглядно выражает основной геохимический закон: нахождение химического «Э» в земной коре зависит от строения атомов этих «Э» (см. классификации в первых лекциях: А.Е. Ферсмана, А.Н. Заварицкого).

АЭ являются следствием миграции атомов. Образованию АЭ в концентрированной форме способствуют такие свойства Э как: а) растворимость; б) удельный вес; в) энергия кристаллической решетки; г) летучесть соединений. Особо важна растворимость.

Наиболее постоянны АЭ в атмосфере, а точнее тропосфере (ассоциации О, N₂, CO₂, Argon и др.). Причина однообразия: а) движение воздушных масс и б) стремление газа занять весь представленный ему объем.

Чем ближе свойства Э тем теснее образуемые ими ассоциации. Но в природе известно и другое: свойства Э водной ассоциации могут быть прямо противоположными: а) все случаи соединений металлов с металлоидами; б) катионов с анионами.

Особое место в геохимии занимают АЭ образовавшиеся в процессе биохимических превращений. Геологов-нефтяников как раз больше всего и интересуют эти ассоциации. Наиболее типичны ассоциации «Э» для биосферы: О, Н, С, N, S, P, K, Fe;

Существует и такая специфицеская АЭ – продукты превращения Э: а) уран-урановый свинец-гелий; б) торий-ториевый свинец-гелий.