Кларковое число

Кла́рковое число́ (или кларки элементов, ещё чаще говорят просто кларк элемента) — числа, выражающие среднее содержание химических элементов в земной коре, гидросфере, Земле, космических телах, геохимических или космохимических системах и др., по отношению к общей массе этой системы.

Кларковое число
Названо в честь	Франк Уиглсуорт Кларк

Распространённость химических элементов в земной коре

Виды кларков

Различают кларки:

• весовые (измеряются в процентах, г/т, г/кг или г/г);
• атомные (в процентах от числа атомов).

Обобщение данных по химическому составу различных горных пород, слагающих земную кору, с учётом их распространения до глубин 16 км впервые было сделано американским учёным Ф. У. Кларком в 1889 году. Полученные им числа процентного содержания химических элементов в составе земной коры, впоследствии несколько уточнённые А. Е. Ферсманом, по предложению последнего были названы числами Кларка или кларками^[1].

Средние содержания элементов в земной коре, в современном понимании её как верхнего слоя планеты выше границы Мохоровичича, вычислены А. П. Виноградовым (1962)^[2], американским учёным С. Р. Тейлором (1964)^[3], немецким — К. Г. Ведеполем^[4] (1967)^[1]. Преобладают элементы малых порядковых номеров: 15 наиболее распространённых элементов, кларки которых выше 100 г/т, обладают порядковыми номерами до 26 (железо). Элементы с чётными порядковыми номерами слагают 87 % массы земной коры, а с нечётными — только 13 %^[1]; это является следствием большей энергии связи и, следовательно, большей устойчивости и большего выхода при нуклеосинтезе для ядер с чётным числом нуклонов.

Средний химический состав Земли в целом рассчитывался на основании данных о содержании элементов в метеоритах (см. Геохимия). Так как кларки элементов служат эталоном сравнения пониженных или повышенных концентраций химических элементов в месторождениях полезных ископаемых, горных породах или целых регионах, знание их важно при поисках и промышленной оценке месторождений полезных ископаемых; они позволяют также судить о нарушении обычных отношений между сходными элементами (хлор — бром, ниобий — тантал) и тем самым указывают на различные физико-химические факторы, нарушившие эти равновесные отношения^[1].

В процессах миграции элементов кларки элементов являются количественным показателем их концентрации^[1].

Кларки элементов в земной коре согласно разным авторам

Все значения ниже приведены в мг/кг (эквивалентно г/т, млн⁻¹, ppm)

Элемент	Символ	Clarke & Washington 1924[5]	Ферсман (1933—1939)[6]	Goldschmidt (1937)[7]	Виноградов (1949)[8]	Виноградов (1962)[2]	Taylor (1964)[3]
Актиний	Ac	-	-	-	0.0000000001x·10−10	-	-
Серебро	Ag	0.010,0x	0,1	0,02	0,1	0,07	0,07
Алюминий	Al	75100	74500	81300	88000	80500	82300
Аргон	Ar	-	4	-	-	-	-
Мышьяк	As	1x	5	5	5	1,7	1,8
Золото	Au	0.0010,00x	0,005	0,001	0,005	0,0043	0,004
Бор	B	10	50	10	3	12	10
Барий	Ba	470	500	430	500	650	425
Бериллий	Be	10	4	6	6	3,8	2,8
Висмут	Bi	0.010,0x	0,1	0,2	0,2	0,009	0,17
Бром	Br	1x	10	2,5	1,6	2,1	2,5
Углерод	C	870	3500	320	1000	230	200
Кальций	Ca	33900	32500	36300	36000	29600	41500
Кадмий	Cd	0.10,x	5	0,18	5	0,13	0,2
Церий	Ce	-	29	41,6	45	70	60
Хлор	Cl	1900	2000	480	450	170	130
Кобальт	Co	100	20	40	30	18	25
Хром	Cr	330	300	200	200	83	100
Цезий	Cs	0.0010,00x	10	3,2	7	3,7	3
Медь	Cu	100	100	70	100	47	55
Диспрозий	Dy	-	7,5	4,47	4,5	5	3
Эрбий	Er	-	6,5	2,47	4	3,3	2,8
Европий	Eu	-	0,2	1,06	1,2	1,3	1,2
Фтор	F	270	800	800	270	660	625
Железо	Fe	47000	42000	50000	51000	46500	56300
Галлий	Ga	0.00001x·10−5	1	15	15	19	15
Гадолиний	Gd	-	7,5	6,36	10	8	5,4
Германий	Ge	0.00001x·10−5	4	7	7	1,4	1,5
Водород	H	8800	10000	-	1500	-	-
Гелий	He	-	0,01	-	-	-	-
Гафний	Hf	30	4	4,5	3,2	1	3
Ртуть	Hg	0.10,x	0,05	0,5	0,07	0,083	0,08
Гольмий	Ho	-	1	1,15	1,3	1,7	1,2
Иод	I	0.10,x	10	0,3	0,5	0,4	0,5
Индий	In	0.00001x·10−5	0,1	0,1	0,1	0,25	0,1
Иридий	Ir	0.0001x·10−4	0,01	0,001	0,001	-	-
Калий	K	24000	23500	25900	26000	25000	20900
Криптон	Kr	-	0.00022·10−4	-	-	-	-
Лантан	La	-	6,5	18,3	18	29	30
Литий	Li	40	50	65	65	32	20
Лютеций	Lu	-	1,7	0,75	1	0,8	0,5
Магний	Mg	19400	23500	20900	21000	18700	23300
Марганец	Mn	800	1000	1000	900	1000	950
Молибден	Mo	1x	10	2,3	3	1,1	1,5
Азот	N	300	400	-	100	19	20
Натрий	Na	26400	24000	28300	26400	25000	23600
Ниобий	Nb	-	0,32	20	10	20	20
Неодим	Nd	-	17	23,9	25	37	28
Неон	Ne	-	0,005	-	-	-	-
Никель	Ni	180	200	100	80	58	75
Кислород	O	495200	491300	466000	470000	470000	464000
Осмий	Os	0.0001x·10−4	0,05	-	0,05	-	-
Фосфор	P	1200	1200	1200	800	930	1050
Протактиний	Pa	-	0.00000077·10−7	-	0.00000110−6	-	-
Свинец	Pb	20	16	16	16	16	12,5
Палладий	Pd	0.00001x·10−5	0,05	0,01	0,01	0,013	-
Полоний	Po	-	0,05	-	0.00000000022·10−10	-	-
Празеодим	Pr	-	4,5	5,53	7	9	8,2
Платина	Pt	0.0010,00x	0,2	0,005	0,005	-	-
Радий	Ra	0.000001x·10−6	0.0000022·10−6	-	0.00000110−6	-	-
Рубидий	Rb	1x	80	280	300	150	90
Рений	Re	-	0,001	0,001	0,001	0.00077·10−4	-
Родий	Rh	0.00001x·10−5	0,01	0,001	0,001	-	-
Радон	Rn	-	?	-	0.0000000000077·10−12	-	-
Рутений	Ru	0.00001x·10−5	0,05	-	0,005	-	-
Сера	S	480	1000	520	500	470	260
Сурьма	Sb	0.10,x	0,5	1(1)	0,4	0,5	0,2
Скандий	Sc	0.10,x	6	5	6	10	22
Селен	Se	0.010,0x	0,8	0,09	0,6	0,05	0,05
Кремний	Si	257500	260000	277200	276000	295000	281500
Самарий	Sm	-	7	6,47	7	8	6
Олово	Sn	1x	80	40	40	2,5	2
Стронций	Sr	170	350	150	400	340	375
Тантал	Ta	-	0,24	2,1	2	2,5	2
Тербий	Tb	-	1	0,91	1,5	4,3	0,9
Технеций	Tc	-	0,001	-	-	-	-
Теллур	Te	0.0010,00x	0,01	0.0018(0,0018?)	0,01	0,001	-
Торий	Th	20	10	11,5	8	13	9,6
Титан	Ti	5800	6100	4400	6000	4500	5700
Таллий	Tl	0.0001x·10−4	0,1	0,3	3	1	0,45
Тулий	Tm	-	1	0,2	0,8	0,27	0,48
Уран	U	80	4	4	3	2,5	2,7
Ванадий	V	160	200	150	150	90	135
Вольфрам	W	50	70	1	1	1,3	1,5
Ксенон	Xe	-	0.000033·10−5	-	-	-	-
Иттрий	Y	-	50	28,1	28	29	33
Иттербий	Yb	-	8	2,66	3	0,33	3
Цинк	Zn	40	200	80	50	83	70
Цирконий	Zr	230	250	220	200	170	165

Кларки элементов в гидросфере

(По А. П. Виноградову (1967), с дополнениями по В. Н. Иваненко, В. В. Гордееву и А. П. Лисицину (1979) и В. В. Гордееву (1983)^[9]. Все значения ниже приведены в мг/кг (эквивалентно г/т, млн⁻¹, ppm). Кларки главных элементов морской воды рассчитаны для средней солёности 34,887 промилле.

Элемент	Атомный номер	Кларки морской воды	Кларки речной воды (растворённая форма)
Водород	1	108000	111900
Гелий	2	0.0000055·10−6	-
Литий	3	0,18	0.00252,5·10−3
Бериллий	4	0.0000055·10−6	-
Бор	5	4,4	0,02
Углерод (неорг.)	6	28	7,9
Азот	7	0,5	-
Кислород	8	859000	888000
Фтор	9	1,3	0,1
Неон	10	0.000110−4	-
Натрий	11	10670	5
Магний	12	1280	2,9
Алюминий	13	0.00110−3	0,16
Кремний	14	2,1	6
Фосфор	15	0,06	0,04
Сера	16	898	3,8
Хлор	17	19190	5,5
Аргон	18	0,1	-
Калий	19	396	2
Кальций	20	408	12
Скандий	21	0.000000808·10−7	0.0000044·10−6
Титан	22	0.00110−3	0.0033·10−3
Ванадий	23	0.0022·10−3	0.00110−3
Хром	24	0.000252,5·10−4	0.00110−3
Марганец	25	0.000110−4	0,01
Железо	26	0.0055·10−3	0,04
Кобальт	27	0.000033·10−5	0.00033·10−4
Никель	28	0.00055·10−4	0.00252,5·10−3
Медь	29	0.000252,5·10−4	0.0077·10−3
Цинк	30	0.00110−3	0,02
Галлий	31	0.000022·10−5	0.000110−4
Германий	32	0.000055·10−5	0.000077·10−5
Мышьяк	33	0.0022·10−3	0.0022·10−3
Селен	34	0.000110−4	0.00022·10−4
Бром	35	67	0,02
Криптон	36	0.000110−4	-
Рубидий	37	0,12	0.000022·10−3
Стронций	38	7,9	0,05
Иттрий	39	0.0000131,3·10−5	0.00077·10−4
Цирконий	40	0.0000262,6·10−5	0.00262,6·10−3
Ниобий	41	0.0000055·10−6	0.00000110−6
Молибден	42	0,01	0.00110−3
Технеций	43	-	-
Рутений	44	0.000000110−7	-
Родий	45	-	-
Палладий	46	-	-
Серебро	47	0.000110−4	0.00022·10−4
Кадмий	48	0.000077·10−5	0.00022·10−4
Индий	49	0.00000110−6	-
Олово	50	0.0000110−5	0.000044·10−5
Сурьма	51	0.0000033·10−6	0.00110−3
Теллур	52	-	-
Иод	53	0,05	0.0022·10−3
Ксенон	54	0.000110−4	-
Цезий	55	0.00033·10−4	0.000033·10−5
Барий	56	0,018	0,03
Лантан	57	0.0000033·10−6	0.000055·10−5
Церий	58	0.00000121,2·10−6	0.000088·10−5
Празеодим	59	0.000000646,4·10−7	0.0000077·10−6
Неодим	60	0.00000252,5·10−6	0.000044·10−5
Прометий	61	-	-
Самарий	62	0.000000454,5·10−7	0.0000088·10−6
Европий	63	0.000000121,2·10−7	0.00000110−6
Гадолиний	64	0.000000707·10−7	0.0000088·10−6
Тербий	65	0.000000141,4·10−7	0.00000110−6
Диспрозий	66	0.000000828,2·10−7	0.0000055·10−6
Гольмий	67	0.000000222,2·10−7	0.00000110−6
Эрбий	68	0.000000747,4·10−7	0.0000044·10−6
Тулий	69	0.000000151,5·10−7	0.00000110−6
Иттербий	70	0.000000828,2·10−7	0.0000044·10−6
Лютеций	71	0.000000151,5·10−7	0.00000110−6
Гафний	72	-	-
Тантал	73	-	-
Вольфрам	74	0.000110−4	0.000033·10−5
Рений	75	0.0000110−5	-
Осмий	76	0.00000110−6	-
Иридий	77	-	-
Платина	78	-	-
Золото	79	0.0000044·10−6	0.0000022·10−6
Ртуть	80	0.000033·10−5	0.000077·10−5
Таллий	81	0.0000110−5	0.00110−3
Свинец	82	0.000033·10−5	0.00110−3
Висмут	83	0.000033·10−5	-
Полоний	84	-	-
Астат	85	-	-
Радон	86	0.00000000000000066·10−16	-
Франций	87	-	-
Радий	88	0.000000000110−10	-
Актиний	89	0.000000000000000110−16	-
Торий	90	0.000000110−7	0.000110−4
Протактиний	91	0.000000000110−10	-
Уран	92	0.0033·10−3	0.00055·10−4

Кларки элементов в городских почвах

Ниже приведены кларки химических элементов, установленные в почвах селитебных (городских) ландшафтов для конца XX – начала XXI вв. Все содержания даны в мг/кг (эквивалентно г/т, млн⁻¹, ppm). Распространенность и распределение химических элементов изучены В.А. Алексеенко и А.В. Алексеенко при содействии академика Н.П. Лаверова в почвах более чем 300 населенных пунктов. Работы проводились в течение 15 лет и позволили обобщить как данные собственных опробований почв, так и значительное число опубликованных исследований, посвященных загрязнению городских почв во многих странах. Подробная информация о методике расчета кларков городских почв и использованных данных приведена в статьях^[10][11][12] и двух монографиях^[13][14].

Городские почвы формируются под постоянным и интенсивным воздействием антропогенной деятельности. Можно считать, что эти почвы испытали наибольшее техногенное давление по сравнению с другими геохимическими системами биосферы и Земли в целом. Установление кларков городских почв обусловлено необходимостью применять некие «отправные точки» отсчета содержаний, своеобразные «реперы» для последующих выводов о загрязнении почв населенных пунктов.

Использование различных вариантов предельно допустимых концентраций элементов достаточно сложно, так как они (ПДК, ОДК и т.п.) устанавливаются довольно произвольно и весьма различны в разных странах. Довольно часто для этих целей в геохимических исследованиях окружающей среды используются кларковые содержания. Установленные кларки почв населенных пунктов являются их геохимической (эколого-геохимической) характеристикой, отражающей совместное воздействие техногенных и природных процессов, происходящих в определенном временном срезе. С развитием науки и техники значения приводимых кларков могут постепенно изменяться. Скорость таких изменений пока невозможно предсказать, но впервые приводимые значения кларков могут быть использованы как стандарты содержаний элементов в городских почвах начала XXI в.

Элемент	Символ	Атомный номер	Кларк городских почв[13]
Серебро	Ag	47	0,37
Алюминий	Al	13	38200
Мышьяк	As	33	15,9
Бор	B	5	45
Барий	Ba	56	853,12
Бериллий	Be	4	3,3
Висмут	Bi	83	1,12
Углерод	C	6	45100
Кальций	Ca	20	53800
Кадмий	Cd	48	0,9
Хлор	Cl	17	285
Кобальт	Co	27	14,1
Хром	Cr	24	80
Цезий	Cs	55	5,0
Медь	Cu	29	39
Железо	Fe	26	22300
Галлий	Ga	31	16,2
Германий	Ge	32	1,8
Водород	H	1	15000
Ртуть	Hg	80	0,88
Калий	K	19	13400
Лантан	La	57	34
Литий	Li	3	49,5
Магний	Mg	12	7900
Марганец	Mn	25	729
Молибден	Mo	42	2,4
Азот	N	7	10000
Натрий	Na	11	5800
Ниобий	Nb	41	15,7
Никель	Ni	28	33
Кислород	O	8	490000
Фосфор	P	15	1200
Свинец	Pb	82	54,5
Рубидий	Rb	37	58
Сера	S	16	1200
Сурьма	Sb	51	1,0
Скандий	Sc	21	9,4
Кремний	Si	14	289000
Олово	Sn	50	6,8
Стронций	Sr	38	458
Тантал	Ta	73	1,5
Титан	Ti	22	4758
Таллий	Tl	81	1,1
Ванадий	V	23	104,9
Вольфрам	W	74	2,9
Иттрий	Y	39	23,4
Иттербий	Yb	70	2,4
Цинк	Zn	30	158
Цирконий	Zr	40	255,6