کلارک: نقشه گنج عناصر زمین
کلارک چیست و فرانک ویگلزورث کلارک که بود؟
فرانک ویگلزورث کلارک، دانشمند زمین‌شیمی‌دان آمریکایی، به عنوان پدر این مفهوم شناخته می‌شود. او با تجزیه و تحلیل هزاران نمونه از سنگ‌های مختلف پوسته زمین، برای اولین بار به طور سیستماتیک میانگین فراوانی عناصر شیمیایی را محاسبه کرد. به افتخار زحمات او، به این مقادیر کلارک یا عدد کلارک گفته می‌شود. این اعداد به ما می‌گویند که به ازای هر یک تن از پوسته زمین، به طور میانگین چقدر از هر عنصر در آن وجود دارد. برای مثال، اگر کلارک اکسیژن را ۴۶.۱٪ بدانیم، یعنی در هر تن از پوسته زمین، حدود ۴۶۱ کیلوگرم اکسیژن وجود دارد.
هشت عنصر اصلی؛ غول‌های تشکیل‌دهنده پوسته
حدود ۹۹٪ از پوسته زمین تنها از ۸ عنصر تشکیل شده است. این عناصر، سنگ‌بنای اصلی تمام سنگ‌ها و کانی‌هایی هستند که ما می‌بینیم.
| نام عنصر | نماد شیمیایی | میانگین درصد وزنی (کلارک) | توضیح مختصر |
|---|---|---|---|
| اکسیژن | O | ۴۶.۱٪ | فراوان‌ترین عنصر؛ بخش اصلی بسیاری از کانی‌ها و سنگ‌ها |
| سیلیسیم | Si | ۲۸.۲٪ | دومین عنصر فراوان؛ هسته مرکزی کانی‌های سیلیکاتی |
| آلومینیم | Al | ۸.۲۳٪ | عنصر فلزی اصلی در سنگ‌هایی مانند گرانیت |
| آهن | Fe | ۵.۶۳٪ | فلز پرکاربرد؛ هسته زمین نیز از آهن و نیکل تشکیل شده است |
| کلسیم | Ca | ۴.۱۵٪ | جزء اصلی سنگ‌آهک و اسکلت بسیاری از موجودات زنده |
| سدیم | Na | ۲.۳۶٪ | در نمک طعام و بسیاری از کانی‌های دیگر یافت می‌شود |
| پتاسیم | K | ۲.۰۹٪ | برای رشد گیاهان ضروری و در سنگ‌هایی مانند گرانیت وجود دارد |
| منیزیم | Mg | ۲.۳۳٪ | در سنگ‌های آتشفشانی تیره رنگ و آب دریا فراوان است |
عناصر کمیاب؛ گنجینه‌های پنهان در دل سنگ‌ها
عناصر دیگری مانند طلا، نقره، پلاتین و مس، کلارک بسیار پایینی دارند. برای مثال، کلارک طلا تنها حدود ۰.۰۰۰۰۰۰۴٪ است. این بدان معناست که برای به دست آوردن یک گرم طلا، باید چندین تن سنگ را پردازش کرد. همین کمیابی و دشواری استخراج، باعث ارزشمند شدن این فلزات شده است. این عناصر معمولاً در اثر فرآیندهای خاص زمین‌شناسی در مکان‌های مشخصی متمرکز می‌شوند که به آنها کانسار یا ذخیره معدنی می‌گویند.
کاربرد کلارک در اکتشاف معادن و صنعت
دانستن کلارک عناصر، برای زمین شناسان و معدنکاران مانند داشتن یک نقشه گنج است. اگر آنان در منطقه‌ای غلظت یک عنصر را بسیار بالاتر از کلارک آن اندازه‌گیری کنند، این یک نشانه قوی برای وجود یک کانسار است. برای نمونه، کلارک مس حدود ۰.۰۰۶٪ است. اگر در نمونه‌های یک منطقه، غلظت مس به ۰.۶٪ برسد (یعنی ۱۰۰ برابر بیشتر از میانگین)، این منطقه به عنوان یک هدف اکتشافی امیدوارکننده برای معدن مس در نظر گرفته می‌شود. در صنعت نیز، با دانستن فراوانی نسبی عناصر، می‌توان هزینه و روش استخراج آنها را پیش‌بینی کرد. عناصر با کلارک پایین، معمولاً گران‌تر هستند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. کلارک یک مقدار میانگین و تخمینی است. با پیشرفت تکنولوژی و نمونه‌برداری‌های دقیق‌تر از نقاط مختلف زمین، این اعداد به روز می‌شوند. همچنین، این اعداد برای کل پوسته زمین است و ممکن است در یک منطقه خاص به دلیل شرایط زمین‌شناسی، مقدار یک عنصر بسیار متفاوت باشد.
زیرا اکسیژن به راحتی با تقریباً تمام عناصر دیگر ترکیب شیمیایی تشکیل می‌دهد. بخش عمده‌ای از سنگ‌ها از ترکیباتی به نام سیلیکاتها تشکیل شده‌اند که در آنها اتم‌های اکسیژن، اتم‌های سیلیسیم و دیگر فلزات را مانند یک چسب در کنار هم نگه می‌دارند. ساختار شیمیایی این کانی‌ها به گونه‌ای است که درصد جرمی اکسیژن در آنها بسیار بالا است.
خیر، کلارک معمولاً فقط برای پوسته زمین محاسبه می‌شود. ترکیب گوشته و هسته زمین کاملاً متفاوت است. به عنوان مثال، آهن و نیکل که در پوسته نسبتاً کمیاب هستند، عناصر اصلی تشکیل‌دهنده هسته زمین محسوب می‌شوند.
پاورقی
۱ Clark (به انگلیسی: Clarke)
۲ Earth's Crust (به انگلیسی: Earth's Crust)
۳ Geology (به انگلیسی: Geology)
۴ Chemistry (به انگلیسی: Chemistry)
کانسار (Ore Deposit): تجمع طبیعی یک ماده معدنی که از نظر اقتصادی به صرفه باشد.
سیلیکات (Silicate): دسته‌ای از کانی‌ها که از ترکیب سیلیسیم، اکسیژن و یک یا چند فلز تشکیل شده‌اند و سازنده اصلی بیشتر سنگ‌های پوسته زمین هستند.