Биофильность химических элементов – представляет собой отношение содержания химических элементов в органическом веществе к его кларку.

Коэффициент (интенсивность) биологического накопления химических элементов (Ах)– частное от деления количества элемента в золе растений на его количество в почве или горной породе (Б.Б.Полынов) или по А.И.Перельману (1989) на концентрацию химических элементов в почве, горной породе или в литосфере (Перельман, 1989). В зависимости от интенсивности накопления элементы относятся к группе биологического накопления (коэффициент больше единицы) или биологического захвата (коэффициент меньше единицы) (рис.11 в разделе 16).

Технофильностью элемента называется отношение его ежегодной добычи к его кларку в литосфере. В принципе можно рассчитать технофильность элемента для отдельной страны, группы стран, всего мира. Естественно, что технофильность элементов - динамический показатель и может резко изменяться во времени. Наибольшей технофильностью обладаетуглерод(уголь, нефть) - n10¹¹в связи с его использованием в качестве главного источника энергии для человечества. Меньшее значение имеет использование угля и нефти в качестве сырья для химической и других отраслей промышленности. Химические элементы с резко различными кларками, но сходные в химическом отношении часто имеют близкую технофильность. Например, у железа кларк 4.65% , у марганца - 0.1 % , а технофильность их одинаковая - 610⁷%.

Технофильность элементов колеблется в миллионы раз - от 810¹¹у углерода до 110³у иттрия, но контрасты в кларках элементов составляют многие миллиарды (n10¹- n10^-10). Следовательно, человеческая деятельность в биосфере приводит к уменьшению геохимической контрастности техносферы по сравнению с биосферой и земной корой.

Геохимические системы включений в минералах. Реликты минералообразующей среды, заключенные в минералах и представляющие жидкие, газово-жидкие, твердые или твердо-жидко-газовые вакуоли (рис. 3)

А Б

Рис.3. Включения в минералах.

А)Зоны роста с газово-жидкими включениями в кварце; Б)Твердо-жидкое включение в седиментационном галите (фото).

5. Изоморфизм химических элементов.

Изоморфизм - способность химических элементов (атомов, ионов или молекул) а также целых блоков кристаллической решетки замещать друг друга в минералах. Это понятие введено в 1819 г. Э.Митчерлихом как сходство внешней кристаллической фазы у веществ родственных по химической формуле и образующих кристаллы переменного состава. Изоморфные смеси называют также твердыми растворами. Эти замещения возможны при условии близости размеров частиц, составляющих кристаллическую решетку (атомов или ионов), тождества знака заряда, относительно близких величин поляризации а также сходство типа их химической формулы, типа химической связи, термодинамических факторов (давления и температуры). Изоморфизм бывает полный (или совершенный) и частичный, изовалентный и гетеровалентный. Примером изовалентного полного изоморфизма является изоморфизм магния и железа в оливинах. Гетеровалентный изоморфизм характерен, например, для минералов группы плагиоклазов. А для калиевых полевых шпатов и альбита в условиях земной поверхности (при невысоких температурах) характерен ограниченный изоморфизм. В тоже время, обладая полным изоморфизмом при высоких температурах, эти минералы, при снижении температуры, выделяются в самостоятельную минеральную фазу. Этот процесс носит название распада твердых растворов.

В.М.Гольдшмидт и А.Е.Ферсман обратили внимание на то, что ион меньшего размера легче замещает ион большего размера (а не наоборот). Точно так же ионы с большим зарядом предпочтительно замещают ионы с более низким зарядом. Связано это с повышением энергии кристаллической решетки. А.Е.Ферсман назвал эти явления полярным изоморфизмом. Максимальное количество элементов, находящихся в минерале в форме изоморфных примесей называю его «изоморфную емкость».

Для наглядного изображения изоморфных связей А.Е.Ферсман предложил составлять «звезды изоморфизма», как например:

В.И.Вернадским типичные изоморфные замещения для кор выветривания, метаморфических и магматических процессов выделены как «изоморфные ряды». Часть из этих рядов приведена ниже.

ё

I– изоморфный ряд элементов кор выветривания;II– изоморфный ряд элементов метаморфических пород;III– изоморфный ряд элементов магматических пород.