Расскажите о распространении металлов в природе.

Коротко как это устроено, «с высоты птичьего полёта».

1) Где вообще сидят металлы в Земле

• Ядро — почти целиком железо-никелевое, с примесью легких элементов. Большинство «сидерофилов» (Fe, Ni, Co, платиновая группа) на ранней Земле ушли именно туда, поэтому в коре их относительно мало.

• Мантия — магний и железо в силикатах (оливин, пироксены), плюс хром, никель и кобальт в малых количествах.

• Земная кора — тут то, что мы добываем. Самые массовые металлы в коре: алюминий (~8 мас. %), железо (~5 %), кальций (~3–4 %), натрий и калий (~2–3 % каждый), магний (~2 %). Менее распространённые: титан (~0,6 %), марганец (~0,1 %). Цветные и благородные — уже «следовые»: Cu ~ десятки ppm, Zn ~ десятки ppm, Pb ~ десятки ppm, Ni/Cr ~ десятки-сотни ppm, Au ~ ppb.

2) В каком виде встречаются

• Самородные металлы редки: классика — золото, серебро, платина, иногда самородная медь; железо — в метеоритах.

• Оксиды и гидроксиды: железняки (магнетит, гематит), алюминий в бокситах (гиббсит, бемит), олово — касситерит.

• Сульфиды: «жила» цветной металлургии — халькопирит и борнит (Cu), сфалерит (Zn), галенит (Pb), пирротин/пентландит (Ni), молибденит (Mo).

• Силикаты: литий (сподумен), бериллий (берилл), редкоземельные — монацит, бастнезит.

• Карбонаты и др.: сидерит (Fe), малахит/азурит (Cu), галоидные соли — галит (NaCl), карнallit (K-Mg соли).

3) Почему они концентрируются именно так
Геохимия делит элементы на группы (по Гольдшмидту):

• Литофилы (Al, Ca, K, Mg, Ti, редкоземельные) любят кислород → сидят в силикатах/оксидных минералах коры.

• Сидерофилы (Fe, Ni, Co, Pt-металлы) любят железо → «утонули» в ядре, в коре их мало.

• Халькофилы (Cu, Zn, Pb, As, Sb, Hg) любят серу → концентрируются в сульфидных рудах.
  На распределение сильно влияют окислительно-восстановительная обстановка и летучие компоненты: так, U, Mo, V «переезжают» при смене Eh/pH, а Hg/As/Sb концентрируются с парами и флюидами.

4) Как формируются рудные месторождения (очень упрощённо)

• Магматические: кристаллизация магмы разделяет расплав на твердую и жидкую части; плотные сульфидные капли «собирают» Ni-Cu-Co-PGM (нори́льский тип). Титан-ванадий — в слоистых габбро-анортозитах; хром — в дунитах/перидотитах.

• Гидротермальные: горячие растворы переносят Cu, Pb, Zn, Au, Ag. Варианты:
  — VMS (вулканогенно-осадочные) на дне океана;
  — Порфировые (Cu-Mo-Au) вокруг интрузий на конвергентных границах плит;
  — Эпитермальные (Au-Ag) в верхних этажах над магмой.

• Осадочные:
  — Бурые и красные железняки и древние железисто-кремнистые формации (BIF);
  — Свинец-цинк типа Миссиссипской платформы (карбонатные ловушки);
  — Марганцевые конкреции на абиссальных равнинах.

• Выветривание:
  — Латериты в тропиках дают бокситы (Al) и никель-кобальт;
  — Сапролиты обогащают редкоземельные;
  — Россыпи концентрируют тяжелые и стойкие минералы: золото, платина, касситерит, ильменит/рутил, монацит.

• Метасоматоз и супергенные процессы** дообогащают (вторичное окисление и цементация в медных рудах — «шапки окисления» и обогащённые зоны).

5) Металлы в воде, воздухе и живом

• Океан — гигантский «раствор»: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺ — процентные доли солёности; переходные металлы (Cu, Zn, Ni, Co, Mo, V) — на уровнях нано- и пикограммов на литр, распределение зависит от биологии и редокс-градиентов.

• Биосфера использует металлы как кофакторы: Fe в гемах, Mg в хлорофилле, Zn/Cu/Co/Ni — в ферментах; токсичные (Hg, Cd, Pb) накапливаются при нарушении циклов.

• Атмосфера напрямую металлы почти не переносит (кроме аэрозолей и паров Hg), зато управляет выветриванием и окислением.

6) Практическая картина по «частоте встречаемости»

• Очень распространённые конструкционные: Fe, Al, Ca, Mg, Na, K, Ti, Mn — в массовых минералах и больших бассейнах сырья.

• «Средняя редкость»: Cu, Zn, Pb, Ni, Cr, Mo, V — нужны специальные геологические обстановки (дуги, рифты, платформы).

• Редкие и рассеянные: Li, Be, Ga, Ge, In, Ta, Nb, редкоземельные, Pt-металлы, Au, Ag — либо рассеяны, либо требуют уникальных «концентраторов» (пегматиты, карбонтатиты, черные сланцы, коматииты, ультрабазиты, латериты, россыпи).

Итог по смыслу: большинство металлов «замуровано» в силикатной матрице мантии и коры, а экономически важные концентрации возникают только там, где геологические процессы — расплавление, флюиды, осаждение и выветривание — многократно «пересортировали» вещество. Поэтому металлы повсеместны в следах, но промышленно добываемы лишь в сравнительно редких геодинамических обстановках.