Химический состав почв

Химики, начиная со второй половины XIX в. изучали химиче­ский состав земной коры методами весового и объемного хими­ческого анализа. Суммируя результаты многочисленных анализов горных пород, Ф.Кларк показал, что в земной коре преобладают восемь химических элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, калий и натрий.

Средние значения от­носительного содержания химических элементов в земной коре и других глобальных и космических системах известный российский геохимик А. Е. Ферсман предложил называть кларками в честь уче­ного, который наметил путь к количественной оценке распрост­ранения химических элементов. Анализ значений кларков позво­ляет понять многие закономерности распределения химических элементов на Земле, в Солнечной системе и доступной нашим наблюдениям части Вселенной.

В земной коре присутствуют две группы элементов: элементы первой группы, содержащиеся в относительно большом количе­стве, образуют самостоятельные химические соединения, а эле­менты второй группы, с малыми кларками, преимущественно рас­пылены, рассеяны среди химических соединений других элемен­тов. Элементы первой группы мы называем главными, элементы второй — рассеянными.

В составе земной коры, усредненная плотность которой 2,8 г/см3, преобладают легкие элементы. По мере движения к центру плане­ты увеличивается содержание тяжелых элементов. Это обусловле­но процессом формирования нашей планеты: легкие элементы из расплава поднимались на поверхность, образуя литосферу, а так­же атмосферу и гидросферу. Плотность верхней мантии составля­ет 5,5 г/см3.

называют минералами. В самом общем плане минералы — это при­родные химические соединения или их смеси, представляющие собой результирующие продукты химических реакций и физиче­ских процессов, происходивших или происходящих на Земле. К ми­нералам относятся различные соли (силикаты, сульфиды, карбо­наты и т.д.), вода, кислород, нефть, уголь, золото, серебро и т.п. Возраст минералов может быть от 4,6 млрд. лет до года и менее (лед в средних широтах). Имея в своем распоряжении достаточно ограниченное количество химических элементов, природа за мил­лиарды лет создала порядка трех тысяч различных минералов.

Большинство минералов относятся к солям, образующимся из оксидов:

СаО + А1₂О₃ →Са(А1О₂)₂ — метаалюминат кальция

SiО₂ + СаО →СаSiО₃ — метасиликат кальция

Образующиеся соли часто входят в состав минералов, объеди­ненных общим названием — алюмосиликаты. Минералы — осно­ва земной коры. Среди них большую часть составляют (масс. %): силикаты — 75; оксиды и гидроксиды — 17; карбонаты — 1,7; сульфиды — 1,15; фосфаты — 0,7; галогениды — 0,5. На долю органических соединений вместе с нитратами, хроматами, воль-фраматами, молибдатами и другими солями приходится около 3,35 масс. %.

К минералам биологического происхождения относится жемчуг, формирующий­ся в мантии тела моллюсков и состоящий в основном из карбона­та кальция и органических веществ. Образование и рост минера­лов биологического происхождения определяются не только за­конами химии и физики, но и биохимическими закономерностя­ми развития живых систем и их составляющих.

Главными составными частями литосферы являются различного рода химические соединения, а не простые вещества. Этим литосфера отличается от атмосферы, где много простых веществ. В земной коре простых веществ в эле­ментарном состоянии всего 0,1 масс. %. Среди них чаще встреча­ются неметаллы и элементы со слабо выраженными металличе­скими свойствами (С, S), а также благородные металлы (Аg, Аu). Почти все эти химические элементы инертны, что и является глав­ной причиной их присутствия в природе в элементарном состо­янии.

Важной составляющей литосферы являются подземные воды, общий объем которых в осадочном чехле оценивается в 61,4-106 км³. Вода присутствует в земной толще в свободном виде и в связан­ной форме, а также в различных агрегатных состояниях: в виде паров, жидкости и льда. По мере увеличения глубины залегания в подземных водах увеличивается концентрация глубинных газов (СО₂, Не, СН₄ и др.). Кроме того, в литосфере Земли содержатся свободные газы микротрещин и пор, сорбированные минералами и горными породами и заключенные в полостях и закрытых порах минералов.