X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Украшения подземного царства
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды на отдыхе я и папа были на экскурсии, где посетили подземную пещеру. Там я увидела удивительное явление: в пещере с потолка росли сосульки (см. Приложение 1). Меня заинтересовало, что это такое? Откуда это взялось? Интересно, как же образовались эти «сосульки» в пещерах? Позже в школе я поинтересовалась у своих одноклассников, знают ли они как называется это природное явление. Выяснилось, что почти никто из них не знает, что это такое. И чтобы ответить на эти вопросы мне пришлось заглянуть в различные энциклопедии, Интернет. Оказалось, эти «сосульки» называются сталактиты. Сталактиты мне очень понравились. Захотелось попробовать самой вырастить эти необычные образования. Так возникла тема моей научно-исследовательской работы.
Актуальность моей научно-исследовательской работы обусловлено нехваткой моих знаний и знаний моих одноклассников об этом природном явлении и процессе его возникновения.
Цель моей работы: узнать как можно больше о сталактитах и сталагмитах. Доказать, что в домашних условиях можно вырастить сталактиты и кристаллы, похожие на сталагмиты.
Объектом проекта станут кристаллы, выращенные в домашних условиях.
В соответствии с целью было предложено решить следующие задачи:
1.Изучить всевозможные источники информации, такие как энциклопедии, информация из Интернета.
2. Понять при каких условиях, как, из чего, вырастают сталактиты.
3. Попробовать в домашних условиях провести опыты по выращиванию сталактитов.
4. Проанализировать полученные результаты.
При написании этой научно-исследовательской работы были использованы такие методы как, сбор информации из различных источников по теме работы, проведение опытов, систематизация собранного материала.
Материалы в теоретическом разделе данной работы помогут восполнить пробел в знаниях по этой интересной теме, а результаты проведенных опытов, описанные в практическом разделе, могут быть использованы на различных уроках в старших классах школы, таких как окружающий мир, физика, химия, биология.
Основная часть
1.Теоретический раздел
Что такое сталактиты и сталагмиты, процесс их образования в пещерах
Наша планета Земля завораживает своей красотой. Сколько вокруг нас прекрасного! Голубые озера, зеленые леса, водопады и вулканы, ледники, гейзеры – все это никого не может оставить равнодушным. Но не только на поверхности, но и под землей тоже существует не меньше чудес. Одним из таких являются – пещеры. Пещеры поражают нас своеобразной красотой и загадочностью. Пещеры еще называют «подземным царством», которое содержит в себе много интересного – длинные коридоры и высокие залы, лабиринты, каменные сосульки, свисающие с потолка, различных пещерных обитателей.
Пещеры - это пустые пространства внутри гор, больших холмов и скал. Они могут находиться под землей или под водой, а также над землей. Пещеры бывают сквозные с несколькими отверстиями или с одним. Они разделяются на горизонтальные, вертикальные, а также наклонные и одноуровневые или многоуровневые. Наиболее крупные пещеры имеют сложные системы проходов и залов. Нередко их суммарная протяженность достигает нескольких десятков километров. Во многих пещерах есть удивительные по красоте подземные озера. Пещеры, несомненно, одни из сaмыx необычных и таинственных геологических объектов на нашей планете. Благодаря однообразным климатическим условиям, которые находятся внутри пещеры, сохранились различные доказательства жизни давно минувшего времени. Удивительные факты, собранные учеными со всего мира, говорят о том, что у каждой пещеры своя история. Научное изучение пещер и окружающей их среды называется спелеологией.
Самая большая в мире пещера Хан Сон Дунг. Она находится в центре вьетнамского Национального парка Пхонг Нха-Ке Банг. Это удивительное подземное царство было открыто в 2009-м году группой британских спелеологов под руководством Говарда Лимберта. Некоторые ее залы настолько велики, что, по словам исследователей, здесь можно летать на самолетах и воздушных шарах! Ширина невероятных подземных коридоров пещеры Хан Сон Дунг достигает 100 метров, а своды поднимаются на высоту до 250 метров. Проанализировав эти показатели, ученые пришли к выводу, что на данный момент Хан Сон Дунг является самой большой пещерой на Земле (см. Приложение 2).
«Пещера Тростниковой Флейты» является самой крупной и живописной из карстовых пещер в китайском туристическом городе Гуйлине. Но красочное название этой древней пещеры — ничто по сравнению с красотами ее залов. Внутри пещера разделена на несколько сказочных залов. В одном из них есть озеро, одно из прекраснейших подземных в мире (см. Приложение 3). Благодаря уникальной подсветке и отражению в подземном озере — создается впечатление застывших действ, которые имеют по китайской традиции поэтичные названия: «Хрустальный Дворец», «Башня Дракона», «Заря в Львиной роще» и так далее.
Кунгурская пещера - считается самой красивой в России. И в этом нет ничего удивительного, ведь, оказавшись внутри, каждый человек испытывает устойчивое ощущение, что он попал в царство самой Снежной королевы. Все это потому, что вся пещерная поверхность устлана извечными слоями льда, а также инея (см. Приложение 4, 5). По оценкам ученых, возраст ледяных наслоений достигает порядка 10 тысяч лет. Пещера расположена вблизи города Кунгур (Пермская область). Виды, которыми имеют возможность любоваться туристы, поистине впечатляют. Ледяные капельки здесь собираются в великолепные кристаллы, переливающиеся множеством цветных оттенков. Это достигается благодаря системе освещения, в основе которой лазерная подсветка. Также здесь есть и рукотворные ледовые скульптуры.
Но самым завораживающим объектом и главным украшением во всех пещерах, на мой взгляд, являются сталактиты и сталагмиты.
Термины «сталактит» и «сталагмит» (от греческого «сталагма» — капля) ввел в литературу в 1655 г. датский натуралист Оле Ворм. Через 100 лет в русской литературе появилось не менее образное определение Михаила Васильевича Ломоносова: «капь». Даже в наше время этому удивительному явлению посвящают стихи.
Например: Первакова Тамара, 2012г «Сталактит, сталагмит, сталагнат»:
Плачут камни в пещерах давно.
Видно холодно им и темно.
Слезы бережно время хранит.
Образуется так сталактит!
Часть слезинок упало на дно.
Сталагмитом им стать суждено.
Так навстречу друг другу растут
Много лет, и часов, и минут!
А при встрече, застыв, как солдат,
Образуют они сталагнат.
Так природа, презрев маяту,
Под землей создает красоту!
Здесь театр, короли и шуты,
Люди, звери, дворцы и мосты...
Наблюдаем, восторгов полны,
Жизнь чудесной подземной страны!
Сталактиты возникают в результате процесса, который называют карст (карстовый процесс). Термин "карст" происходит от немецкого названия известнякового плато на северо-западе Балканского полуострова, в Словении и частично в Италии, где впервые стало изучаться это явление.
Карст - совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами (гипсами, известняками, мраморами, доломитами и каменной солью).
Суть процесса заключается в следующем: вода, просачиваясь под землю, постепенно размывает рыхлые горные породы, в первую очередь известняк. Образуются большие пустоты (пещеры), стенками которых являются более твёрдые и устойчивые к растворению породы. Вода, которая, просачивается в пещеру, имеет в своем составе частички известняка или других минералов. Когда капелька воды протекает сквозь щель и падает, то растворенные в ней минералы и известняк остается на потолке пещеры. Капля повисает на потолке пещеры, а вокруг нее образовывается тончайшая известняковая пленка. После испарения воды, известняк в этом месте начинает превращаться в кристаллики. Постепенно дождевых капель становится все больше и больше. Вторая капля, а за ней третья, четвертая и пятая оставляют известь все в том же месте. С течением времени, кольца извести образовывают маленький бугорок, «сосульку», которая продолжает расти. Прошло много лет, прежде чем несколько капель упали на одно и то же место, и из кристаллизованного известняка образовались толстые каменные «сосульки», постоянно увеличившиеся в размерах.
Но не весь известняк оседает на потолке. Под собственной тяжестью часть капель падает на пол пещеры, оставляя известь и там. Также по истечении времени, тысячи капель падали на то же самое место. Частички извести кристаллизовались и формировали нечто подобное толстой каменной свечки. «Свеча» продолжала расти.
«Сосулька» из кристаллизованного известняка, зависшая на потолке пещеры, называется сталактитом, а толстая «свеча» на полу – сталагмитом (см. Приложение 6).
Сталагмиты обычно толще сталактитов, ведь вода при падении разбрызгивается и кристаллики рассыпаются.
Скорость «роста» сталактитов и сталагмитов зависит от многих факторов: от степени влажности воздуха в пещере, от температуры, от толщины известнякового слоя, расположенного над пещерой, количества воды, падающего в пещеру. Некоторые сталактиты могут за год вырасти на целых два с половиной сантиметра, а другим на это потребуется не одна сотня лет. Учёные подсчитали, что в среднем сталактит нарастает по одной десятой миллиметра в год, за сто лет увеличиваясь всего на 1 сантиметр. Когда вода перестаёт попадать в пещеры, сталактиты перестают расти, а пещера считается «мёртвой».
Кстати, есть очень простой метод, как запомнить, что называть сталактитом, а что сталагмитом - в слове "сталагмит" есть буква М, как и в слове "земля". Значит, сталагмит - это то, что растёт на земле!
Нередко сталагмиты, растущие вверх, соединяются со сталактитами, растущими вниз, и образуют колонны, которые называются сталагнат (см. Приложение 7). Некоторые в длину могут достигать высоты 30 метров.
Быстрее всего этот процесс проходит в невысоких пещерах. Иногда там бывает невозможно пройти из-за густо наставленных столбов.
Природа не перестает нас удивлять. Несмотря на то, что процесс образования сталактитов и сталагмитов в пещерах идет по одному и тому же сценарию, во всем мире не существует одинаковых пещер. Более того, каждый зал и особенно его украшения в «подземном царстве» уникальны.
2. Практический раздел
Проведение опытов
После того, как я прочитала различные энциклопедии о сталактитах, изучила всю доступную мне информацию из Интернета, я решила, что сталактит в домашних условиях вырастить можно. Я решила провести опыты по выращиванию кристалла из поваренной соли, и из набора «Волшебный кристалл». Все этапы данных опытов были документально зафиксированы.
Опыт № 1. Выращивание кристалла поваренной соли.
Для эксперимента я взяла стеклянный стакан, горячую воду и соль. Сначала я приготовила насыщенный раствор соли: в очень горячую воду я добавляла соль. Соль я добавляла до тех пор, пока не заметила, что кристаллы соли перестали растворяться. К палочке я привязала ниточку с маленькой гаечкой так, чтобы она погрузилась в раствор, но не касалась дна (см. Приложение 8, 9). Поставила раствор охлаждаться. Чем медленнее он будет остывать, тем крупнее должны получиться кристаллы. Я укутала стакан с раствором в полотенце (см. Приложение 10). Нужно было выбрать место, где нет сквозняков. Я выбрала шкаф (см. Приложение 11). Уже через 3 дня я заметила, что на поверхности стакана и нитке стали появляться кристаллы (см. Приложение 12,13). Мне было очень интересно прибегать из школы и узнавать: «Ну, как там поживает мой кристаллик, как вырос?» - заботиться о нем, как о живом. И еще удивительным было то, как вообще из жидкого раствора может появиться что-то твердое. Мой кристалл вырос примерно за один месяц, но их можно выращивать и дольше. Вот, что у меня получилось по окончании моего опыта № 1 (см. Приложение 14).
Опыт № 2. Выращивание кристалла из набора «Волшебный кристалл».
Для этого эксперимента я строго следовала инструкции из набора (см. Приложение15). Я взяла кристаллический порошок и пересыпала его в пластиковый стакан (см. Приложение 16). Далее нужно было вскипятить воду и налить ее в этот же контейнер до горизонтальной отметки на боковой стороне контейнера. Потом я размешивала порошок до полного растворения деревянной палочкой. Важно чтобы порошок полностью растворился. Затем я взяла каменную основу и аккуратно высыпала в контейнер с горячим кристаллическим раствором (см. Приложение 17). Палочкой распределила камешки равномерно по дну контейнера. Плотно накрыла крышкой. Дождалась полного охлаждения раствора до комнатной температуры. Затем я осторожно засыпала затравочные кристаллы (это маленький мешочек с белым порошком, на нем было написано "затравочные кристаллы"). И снова плотно накрыла крышкой и поставила в шкаф на 24 часа (см. Приложение 11). Через 24 часа я сняла крышку и в дальнейшем оставила контейнер открытым. В инструкции было написано, что во время всех действий и особенно роста кристаллов контейнер было нельзя трясти и перемещать. Даже громкая музыка могла нарушить рост кристаллов!!! Поэтому, я старалась все делать очень аккуратно. Когда над поверхностью раствора появилась вершина самого высокого кристалла (это произошло примерно через две недели), я слила остаток раствора и аккуратно, следуя инструкции, отделила кристалл с каменным основанием от дна контейнера и высушила его на воздухе (см. Приложение 18, 19, 20).
День за днём я следила за ростом «домашних сталактитов и сталагмитов», наблюдала за ними. И вот что у меня получилось по окончании моих опытов! (см. Приложение 21).
Заключение
В ходе своей научно-исследовательской работы я выяснила, что вода умеет творить чудеса. Так же я узнала, что такое сталактиты и сталагмиты, в чем разница между ними. Еще я провела эксперименты по выращиванию этих природных чудес в искусственно созданных условиях.
Мои опыты показали, что «домашние сталактиты и сталагмиты» растут долго, но их можно вырастить самому в домашних условиях. По результатам проведённого эксперимента можно сделать вывод о том, что сталактит в домашних условиях вырос гораздо быстрее, чем в естественных условиях пещер.
Мне понравилось выращивать кристаллы - это очень увлекательное и познавательное занятие.
У нас в России огромное количество пещер, в которых можно увидеть это чудо природы. Если у меня будет еще возможность посетить с экскурсией такие пещеры, я обязательно это сделаю, чего и Вам желаю - впечатления на всю жизнь гарантируются!!!
Список используемых источников и литературы
Интернет-источники:
1. Википедия - свободная энциклопедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сталактит
2. Википедия - свободная энциклопедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сталагмит
3. Стихи.ру - https://www.stihi.ru/2012/01/26/11305
Литература:
1. Большая книга экспериментов для школьников /Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.М. Мотылевой. – М.: ЗАО «Издательство «РОСЭН – ПРЕСС»», 2005
2. Дублянский В.Н. Занимательная спелеология / В.Н. Дублянский - Урал: LTD, 2000
3. Кто есть кто в мире природы / Шалаева Г.П., Ситникова Е. В. – Издательство -АСТ, СЛОВО/SLOVO, Малыш, 2009
Приложения
Приложение 1 Приложение 2
Приложение 3
Приложение 4 Приложение 5
Приложение 6 Приложение 7
Приложение 8 Приложение 9 Приложение 10
Приложение 11 Приложение 12
Приложение 13 Приложение 14
Приложение 15
Приложение 16 Приложение 17
Приложение 18 Приложение 19
Приложение 21
Приложение 20