XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Подводный мир Марианской впадины
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды, просматривая видеоролики в интернете, я случайно наткнулся на видео, в котором рассказывали о Марианской впадине. Меня очень заинтересовала эта тема. Я начал собирать различную информацию о подводных глубинах,
а особенно о подводном мире на дне Марианской впадины. На тот момент я был еще первоклассником, но с каждым годом мой интерес к этой теме не угасал,
а наоборот. Я просматривал различные документальные фильмы, читал статьи
в газетах, включая зарубежные, которые освещали данную тему. Сам пытался построить графики Марианской впадины. Для меня это показалось очень интересным и занимательным. Всё это позволило мне накопить большой объём информации, с которым я хочу поделиться со своими сверстниками.
Объект моего исследования – Марианская впадина.
Предмет исследования: подводный мир Марианской впадины.
Цель работы: раскрыть некоторые тайны подводного мира Марианской впадины, составить краткий справочник подводных обитателей Марианской впадины и выявить их характеристики; провести опыты, демонстрирующие давление на глубине.
Задачи:
Изучить и проанализировать научную и документальную литературу, интернет-источники по теме исследования, а также историю погружений на дно Марианской впадины.
Найти информацию об обитателях Марианской впадины.
Изучить специфику жизни на дне Марианской впадины.
Сделать выводы из изученного материала.
Провести опрос среди одноклассников с целью выявления их знаний
о Марианской впадине.
Создать наглядный материал – краткий справочник с описанием обитателей Марианской впадины.
Провести наглядные опыты, показывающие существование давления на глубине и объяснить их.
Методы работы: сбор данных, опрос, анализ, обобщение, систематизация полученной информации, проведение опытов.
Гипотеза: характеристику и особенности подводного мира Марианской впадины можно использовать на классных часах, факультативах, уроках окружающего мира для повышения знаний учащихся.
Глава 1. Проведение опроса среди одноклассников
Чтобы поделиться своими знаниями с одноклассниками, мне нужно было узнать: что мои сверстники знают о Марианской впадине? Для этого я провел опрос среди ребят 4 классов нашей школы по моей теме (приложение № 1):
1. Вы когда-нибудь слышали про Марианскую впадину?
2. Знаешь ли ты, в каком океане находится Марианская впадина?
3. Какая глубина Марианской впадины?
4. Как вы думаете, есть ли жизнь на дне Марианской впадины?
На каждый вопрос были предложены варианты ответов, из которых нужно было выбрать верный. Всего в опросе приняло участие 93 ученика.
Проанализировав данные, было установлено, что только 7 человек правильно ответили на все четыре вопроса.
Данные проведенного опроса можно наглядно разглядеть
на представленных диаграммах (приложение № 1-2). Эти результаты показали, что знания учеников 4-х классов о самой глубокой точке нашей Земли – Марианской впадине, очень скудные.
Так давайте же вместе рассмотрим, что собой представляет Марианская впадина.
Глава 2. Марианская впадина, расположение
Марианская впадина или Марианский жёлоб – это не вертикальная бездна, она представляет собой жёлоб в форме полумесяца в земной коре длиной около 2550 км и шириной в среднем 69 км. Она находится в западной части Тихого океана к востоку (примерно 200 км) от 15-ти Марианских островов возле острова Гуам, который принадлежит США (приложение № 2). Длину этого желоба можно сравнить как расстояние от Москвы до Лондона или как от Копейска до Краснодара.
Свое название Марианская впадина получила от проходящих рядом Марианских островов. Она протянулась вдоль них на 1500 км, имеет
V-oбразную форму и крутые склоны.
Марианская впадина находится на стыке двух литосферных1 плит: Тихоокеанской и Филиппинской. Тихоокеанская плита старше и тяжелее,
и поэтому при движении она подползает под Филиппинскую плиту, образуя, тем самым, самую глубокую и загадочную впадину в мире – 10 994 м.
Чтобы лучше понять глубину впадины, можно сравнить ее с самой высокой горой в мире Эверест. Если поставить на дно Марианской впадины гору Эверест, то не будет видна даже ее вершина. А до поверхности воды останется еще 2 км 100 м (приложение № 3).
Самая глубокая точка в Марианской впадине находится в 340 километрах от острова Гуам и называется Бездна Челленджера (Challenger Deep). Давление воды на дне достигает 108,6 мегапаскаля (или 1100 атмосфер), что почти в 1072 раза больше нормального атмосферного давления на уровне поверхности Мирового океана.
Глава 3. Исследования Марианской впадины.
3.1. Максимальная глубина Марианской впадины.
Марианская впадина – это самая низкая и глубокая точка нашей планеты. Вот уже много столетий она таит в себе множество загадок,
которые до сих пор не смогли исследовать даже современным научным оборудованием.
Марианская впадина была обнаружена в 1875 году британской экспедицией, проводившей первые системные промеры глубин в Тихом океане на океанографическом судне "Челленджер". Глубину измеряли диплотом – веревкой с привязанным к ней грузом и метровой разметкой. Результат показал 8 184 метра, но эти данные несколько раз уточнялись.
В 1899 году с борта американского судна "Неро" тем же способом была измерена глубина 9 636 метров.
А первые оценки глубин в районе Марианской впадины с помощью эхолотов2 были получены в 1925-1931 годах с японских судов "Мансуи", "Косуи" и "Иодо". Их результат был - 9 814 метров.
Максимальную за всю историю глубину в этом месте измерили
в 1957 году с советского научно-исследовательского судна "Витязь".
Она составила 11 022 метра, однако позднее выяснилось, что ученые
при снятии показаний не учли смену условий среды на разных глубинах.
На разных глубинах очень сильно отличается температура, и это требует сложного пересчета показаний приборов.
По данным исследований 2011 года максимальная глубина Марианской впадины составляет 10 994 метра (± 40 метров).
3.2. Первое погружение на дно впадины.
В 1948 г. великий швейцарский ученый Огюст Пикар построил первый батискаф – глубоководный аппарат, в котором в качестве плавучего материала использовалась легкая жидкость – бензин. В 1958 г. военно-морской флот (ВМФ) США выкупил этот батискаф у Пикара, чтобы проводить на нем погружения в Марианскую впадину и тем самым покорить рекордную глубину океана. В Германии для этого батискафа была создана прочная сфера, чтобы он мог выдержать давление при погружении на глубину в 11 000 метров. Чтобы было понятнее, это примерно как 5 тонн поставить на 1 квадратный см.
23 января 1960 года было совершено первое погружение человека
на дно Марианской впадины на батискафе «Триеста». А первопроходцами стали исследователь Жак Пикар - сын Пикара и лейтенант ВМФ США Дон Уолш. Они достигли глубины 10 919 м.
Исторический спуск «Триеста» решил вопрос, мучивший ученых-океанологов: могут ли жить на такой глубине сложные организмы? Как только аппарат достиг дна, Пикара и Уолша «приветствовала» рыба, внешне похожая на ската, оказавшаяся в лучах прожектора батискафа. Они провели на дне
20 минут, а все погружение продолжалось около 9 часов.
Это погружение на дно имело очень большое значение – был преодолен психологический барьер боязни глубины и было установлено, что на дне Марианской впадины есть живые организмы.
3.3. Исследование Джеймса Кэмерона.
С 1960 по 2012 год ни один человек, кроме Жака Пикара и Дона Уолша не опускался на дно Марианской впадины. А 26 марта 2012 года знаменитый канадский режиссёр Джеймс Кэмерон (автор «Титаника», «Терминатора»
и «Аватара») - стал третьим человеком в истории, достигшим самой глубокой точки Мирового океана на одноместном аппарате «Дипси Челленджер» (приложение № 3). Строительство этого глубоководного аппарата обошлось примерно в семь миллионов долларов. Весил он около 12 тонн,
длиной - 7 метров. Экспедиция к его погружению готовилась около семи лет. Аппарат Джеймса Кэмерона был оборудован всем необходимым для фото и видеосъёмки.
Погружение продолжалось почти семь часов. Кэмерон провел
в «Бездне Челленджера» около шести часов, в течение которых он вёл видеосъёмку подводного мира в формате 3D, брал пробы грунта дна.
Но неожиданно одна из металлических «рук» в аппарате сломалась, и чтобы
не рисковать своей жизнью, ему пришлось вынужденно подняться
на поверхность.
Изучив уникальные видеокадры и образцы, добытые в ходе этой экспедиции, учёные обнаружили причудливые формы жизни на дне Марианской впадины. Например, на глубине почти 11 тысяч метров дно буквально выстлано «ковром» микроорганизмов. По словам учёных,
эта «подстилка» состоит из «нитевидных» кустов на подводных скалах. Которые, судя по всему, поставляют этим микроорганизмам «химическую» пищу.
Погружение Кэмерона дало учёным много новой информации. Все стали надеяться, что это погружение – далеко не последнее. И это действительно так.
3.4. Современные погружения в «Бездну Челленджера».
28 апреля 2019 года американский исследователь Виктор Весково установил рекорд погружения человека – 10 928 м. и стал первым человеком, покорившим высочайшую вершину мира – гору Эверест и глубочайшую впадину мира. Во время погружения ему удалось обнаружить четыре новых вида ракообразных, а также на дне «Бездны Челленджера» он нашел пластиковый пакет, что свидетельствует о загрязнении Мирового океана.
После своего первого погружения исследователь Виктор Весково разработал проект, в рамках которого были совершены все последующие погружения на дно Марианской впадины. На сегодняшний день на дно впадины смогли опуститься всего 13 человек.
Глава 4. Подводный мир Марианской впадины
4.1. Особенности глубоководного мира
Если бы у нас была возможность проплыть на самую глубину Марианской впадины, то мы почувствовали бы, что она покрыта слоем вязкой слизи. Песок, в привычном для нас виде, там не существует. Дно впадины
в основном состоит из измельчённых раковин и остатков планктона, которые скапливались на дне впадины в течение многих лет. Из-за невероятного давления воды, практически все там превращается в мелкую серовато-желтую густую грязь.
Из-за большого давления воды кажется, что позвоночному животному здесь просто не выжить. Но, как ни странно, на дне прижились моллюски.
Как их раковины выдерживают такое колоссальное давление воды – до сих пор остается загадкой. Обитают они рядом с серпентиновыми гидротермальными источниками.
В серпентине3 содержатся водород и метан, которые не только не несут угрозы обнаруженному тут подводному миру, а наоборот способствуют формированию в этой среде живых организмов. Гидротермальные источники выделяют смертельный для моллюсков газ – сероводород. Но «хитрые»
моллюски научились перерабатывать сероводород в белок, и продолжают жить в Марианской впадине.
Еще одна невероятная загадка глубоководного объекта – гидротермальный источник «Шампань», названный так в честь знаменитого французского алкогольного напитка. Все дело в пузырьках, которые «бурлят»
в водах источника. Конечно же, это не пузырьки шампанского – это жидкий углекислый газ. Марианская впадина – это единственное место на планете, где углекислый газ существует в жидкой форме.
Такие источники зовутся «белыми курильщиками», их температура ниже температуры окружающей среды, и вокруг них всегда присутствуют испарения, похожие на белый дым. Благодаря этим источникам и родились гипотезы
о зарождении всего живого на земле именно в воде.
Температура в Марианской впадине держится от 1 до 4 градусов
по Цельсию. Об этом позаботились «черные курильщики». Являющиеся антиподом «белых курильщиков» - гидротермальные источники, которые содержат большое количество рудных веществ, и потому они темного цвета.
Они выстреливают воду, которая нагревается до 450 градусов
по Цельсию. Эта вода богата минералами, которые помогают поддерживать жизнь в этой области. Несмотря на температуру воды, которая на сотни градусов выше точки кипения, она здесь не закипает из-за невероятного давления, в 155 раз выше, чем на поверхности.
На глубине около 414 метров в Марианской впадине находится Вулкан Дайкоку. Он является источником одного из самых редких явлений на нашей планете. Тут же находится озеро чистой расплавленной серы. Единственным местом, где можно обнаружить жидкую серу, является спутник Юпитера – Ио. А на Земле больше ничего подобного нет.
В этой яме бурлящая черная жидкость кипит при 187 градусах
по Цельсию. Возможно, глубже содержится еще больше жидкой серы. Учёные до сих пор не могут исследовать это удивительное место до конца.
4.2. Обитатели Марианской впадины
Казалось бы, что в обстановке полного мрака, безмолвия, ледяного холода и невыносимого давления жизнь во впадине просто немыслима.
Но исследования Марианской впадины доказывают обратное: почти
в 11 километрах под водой есть живые существа!
Самые интересные и жуткие экземпляры рыб встречаются там, куда
не проникает свет (приложение № 4). Темнота рождает монстров, которым пришлось приспособиться к подобному образу жизни. Хоть внешний вид большинства обитателей Марианской впадины и вызывает страх, но многие из них абсолютно безобидны. Странная форма тел, светящиеся органы, отсутствие глаз или наоборот, их невероятный размер – все это лишь результат биологической адаптации к весьма недружелюбной окружающей среде.
Каждая система организма глубоководных рыб адаптирована под такую среду обитания. Скелет и мышцы глубоководных рыб развиты слабо, а ткани проницаемы для воды – за счет этого внутри они могут поддерживать такое же давление, как и снаружи.
Каждая рыба имеет уникальный механизм добычи пищи. Например, акула-гоблин во время охоты выбрасывает свои челюсти вперёд, цепляя жертву, а затем втягивает челюсти вместе с добычей обратно. Рыба-гадюкаумеет раскрывать пасть более чем на 100 градусов. Длинные игольчатые зубы придают рыбе жуткий вид. Она заманивает добычу своей биолюминесценцией, что делает её похожей на кошмар. А рыбы-удильщики используют во время охоты светящуюся приманку, закрепленную на усике перед самым ртом рыбы.
Полный список обитателей Марианской впадины составить пока невозможно, так как это место еще слабо изучено людьми. Однако,
в последнее время учёные активно исследуют это место.
Ими обнаружен очень интересный факт: при попытке подъёма
на поверхность рыб, адаптированных к высокому давлению, они мгновенно погибают. Единственный способ изучить этих необыкновенных существ – наблюдать за ними в их естественной среде.
Глава 5. Практическая часть
Изучив различные источники, я систематизировал полученную информацию и составил краткий справочник «Марианская впадина и её обитатели» (приложение № 5-6). В нём я отразил информацию о наиболее интересных экземплярах подводного мира Марианской впадины, дал их краткую характеристику, а также пометку на какой глубине они обитают. Думаю, этот справочник будет очень познавателен для моих одноклассников.
Чтобы рассмотреть наглядно, что давление на глубине действительно больше, чем на поверхности, мы провели следующие опыты.
Опыт № 1
Цель опыта: выяснить, почему вода вытекает из отверстий и проверить гипотезу, что давление жидкости на глубине возрастает.
Оборудование: пластиковая бутылка, скотч, вода.
Ход эксперимента (приложение № 7): Возьмем пластиковую бутылку. Проколем шилом три отверстия на разной высоте. Заклеим их скотчем. Нальем в бутылку воды и уберем скотч. Вода начнет вытекать из отверстий. И что мы заметим? Чем ниже расположено отверстие, тем с большей силой вытекает из неё вода. По мере понижения воды в бутылке дальность вытекания воды уменьшается.
Объяснение эксперимента: Почему же так происходит? На жидкости, как и на все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Поэтому каждый слой жидкости, налитый в сосуд, имеет свой вес. Верхние слои воды давят своим весом на расположенные ниже слои. А ниже лежащие передают давление во все стороны, в том числе и на стенки бутылки. Под действием этого давления вода выливается из бутылки с разным напором струи: чем ниже слой, тем давление жидкости будет больше.
Вывод: Опыт показывает, что внутри жидкости существует давление
и на одном уровне оно одинаково по всем направлениям. А с глубиной давление увеличивается.
Опыт № 2
Цель опыта: посмотреть наглядно, как давление может сжимать предметы.
Оборудование: пустая банка из-под газировки, миска с холодной водой, источник тепла (электроплита), термоперчатки.
Ход эксперимента (приложение № 8): возьмем банку из-под газировки
и нальем туда немного воды, чтобы скрывало самое дно. Ставим банку на огонь и ждем около одной минуты, когда начнет закипать вода. Для чего это нужно? Вода начнет закипать и переходить в газообразную форму, газ будет заполнять объем банки. После того, как вода закипит, снимем банку с огня, резко перевернем ее и опустим в миску с холодной водой. При охлаждении водяной пар конденсируется – превращается из газа обратно в воду. Пар, который занимал весь объем банки, превращается всего в несколько капель воды, которая занимает существенно меньше места, чем пар. В банке остается большое пустое пространство, практически не заполненное воздухом, поэтому давление там оказывается гораздо ниже, чем атмосферное давление снаружи. Воздух давит на банку снаружи, и она сплющивается с характерным хлопком.
Вывод: Атмосферное давление настолько сильно, что способно мять металл. Этот опыт наглядно показывает нам, что может стать с предметами, которые не смогут выдержать огромного давления на глубине, если они окажутся на дне Марианской впадины. Их просто расплющит.
Заключение
Самые глубокие районы Мирового океана издавна привлекали внимание ученых. До 40-х годов прошлого века существовала теория, что глубже 4000 м жизни нет. Интенсивное изучение сверхглубин показало, что на огромных глубинах есть жизнь. Сейчас на карте обозначено 55 районов с отметками более 6000 м. А самая глубокая точка планеты – Марианская впадина. Но про неё до сих пор мало информации.
Проведенный опрос среди моих сверстников показал, что большинство из них не знают: где она находится, какая у неё глубина? И самый главный вопрос: есть ли жизнь на дне Марианской впадины?
В моем проекте я попытался кратко изложить всю известную мне информацию о самой глубокой точке Мирового океана. Изучил первые исследования Марианской впадины, узнал, что в настоящее время все более активно стал проявляться интерес ученых к этой теме. Только в 2020 году было сделано 5 погружений на дно впадины, тогда как с 1960 по 2012 год было совершено всего одно погружение человека в «Бездну Челенжера».
Исследования Марианской впадины продолжаются. Кроме того, сейчас она признана национальным памятником США и самым крупным морским заповедником в мире.
Полный список обитателей Марианской впадины пока не составлен.
В настоящее время точно изучены лишь некоторые виды, обитающие на такой глубине. Эти животные или полностью слепые, или имеют мощные глаза,
в основном телескопические. Большинство глубоководных обитателей имеют ужасающий внешний вид. Марианская впадина таит в себе еще много неразгаданных загадок и тайн. Считаю, что про неё обязательно нужно рассказывать на уроках окружающего мира, показывать это место на карте.
В своей презентации я попытался отразить наиболее важную
и интересную информацию о самой глубокой точке в мире – «Бездне Челленджера». Составленный мною краткий справочник «Марианская впадина и её обитатели» может служить наглядным пособием на уроках. А проведенные мною опыты с давлением, наглядно показывают, что давление с глубиной увеличивается, а также, что может произойти с предметами, которые не могут выдержать огромного давления на дне океана.
Поэтому, я делаю вывод, что моя гипотеза подтвердилась: характеристику и особенности подводного мира Марианской впадины можно использовать на классных часах, факультативах, уроках окружающего мира для повышения знаний учащихся.
Мне очень понравилось работать над своим проектом, поэтому
я продолжу изучать подводных обитателей Марианского жёлоба, и буду следить за новыми исследованиями учёных в этой области.
Список литературы
Зенкевич Л.А. Глубоководные впадины Тихого океана. «Вестн. АН СССР», 1953. № 12.
Кривченко И.В. Физика 7 класс.: учебник – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015.
Панасенко Н., На дне Марианской впадины нашли то, что меньше всего ожидали увидеть, Российская газета, 14.05.2019.
Пёрышкин, А. В. Физика. 7 кл.: учебник – М.: Дрофа, 2016.
Пикар Ж. Глубина 11 тысяч метров. Солнце под водой. Пер. с франц. М.И.Беленького. М., «Мысль», 1974.
Расс Т. С. Рыбы самых больших глубин. «Природа», 1998, № 7.
Интернет-ресурсы
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Марианский_жёлоб
2. «Марианская впадина Погружение на дно Земли» Д.Кэмерон, National Geographic
3. Документальный фильм Д.Кэмерон «Вызов Бездне», 2014 г.
4. http://underwater.su/books/ Человек и подводный мир.
5. http://naukarus.com/novyy-spusk-v-marianskuyu-vpadinu
6. Научный журнал «Земля и вселенная», ISSN: 0044-3948, 2012 г.,
http://naukarus.com/j/zemlya-i-vselennaya
7. Научный журнал «Природа», ISSN: 0032-874X, 2012 г.,
http://naukarus.com/j/priroda
8. Занимательные опыты. Видео. Ютуб.
Приложение №1
Материалы проведенного опроса среди одноклассников
Опрос среди одноклассников
Слышали вы когда-нибудь про Марианскую впадину?
Приложение №2
Расположение Марианской впадины
Приложение № 3
Погружение подводного аппарата Д. Кэмерона в Марианскую впадину
Приложение № 4
Обитатели Марианской впадины
|
Рыба-удильщик |
Акула-домовой (акула-гоблин) |
|
Рыба-гадюка |
Хиазмодон (живоглот) |
|
Малоротая макропинна |
Ксенофиофоры |
Приложение № 5
Краткий справочник «Марианская впадина и её обитатели»
|
… .. |
|
|
Приложение № 6 |
|
Приложение № 7
Опыт № 1
Приложение № 8
Опыт № 2
Сноски____________________________________________________________
1 - литосферная плита - крупный малоподвижный участок земной коры, часть литосферы. Площадь Тихоокеанской плиты - 103 300 000 км². Площадь Филиппинской плиты - 5 500 000 км².
2 - эхолот - узкоспециализированный гидролокатор, устройство для исследования рельефа дна водного бассейна. Обычно использует ультразвуковой передатчик и приёмник, а также ЭВМ для обработки полученных данных и отрисовки топографической карты дна.
3 – серпентинит - общее название высокомагнезиальных метаморфических пород, преимущественно состоящих из минералов группы серпентина: волокнистого хризотила, пластинчатого антигорита, массивного лизардита.