XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Происхождение минералов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Мне очень нравится природа, и мне всегда было интересно, почему встречаются камни разных цветов, размеров и плотности.
Разные свойства и характеристики камней используются человеком при строительстве, изготовлении инструментов, оружия, посуды, производства красок и в других сферах жизнедеятельности.
И я решил поближе изучить эту тему.
Цель:
Изучить процесс образования различных минералов, на примере каменного угля, янтаря, жемчуга.
Изучить кристаллическую структуру минералов в ходе эксперимента по выращиванию кристалла.
Происхождение минералов.
Минерал – это природное вещество, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, входящее в состав горных пород, руд, метеоритов1. В природе минералы встречаются в чистом виде или чаще – в составе горных пород. Горными породами называют различные соединения минералов, которые слагают земную кору.
Из прочитанных книг я узнал про происхождение некоторых видов минералов, наиболее интересным мне показалась история возникновения каменного угля, янтаря и жемчуга.
Каменный уголь
Каменный уголь образовался миллионы лет назад. Это было тогда, когда не было ни людей, ни животных. Земля была царством лесов и болот. Древние деревья потребляли из воздуха углекислый газ, и накапливали углекислоту в своих листья, стволах. Болото разрасталось и поглощало лес, деревья погибали и их стволы и листья погружались в болото. За долгое время под землей накопился толстый слой слежавшихся растений, задохнувшихся под водой, когда то их залившей. То, что тысячи лет назад было могучей растительностью, превратилось в бурую массу – торф. Сдавленный пластами земли, торф постепенно твердел, каменел и превратился в камень – бурый уголь. А если бурый уголь сдавливается под землей очень сильно, то постепенно превращается в черный камень – каменный уголь, а потом в антрацит. Вещество древних растений распалось под землей, но остался углерод, который накопили в течение своей жизни деревья, именно он превратился в каменный уголь.
Происхождение каменного угля.
Янтарь
Янтарь – это окаменевшая смола древних деревьев. Под воздействием сильных ветров ломались верхушки и ветви деревьев. Чтобы залечить рану, растение выделяло смолу, которая стекала по стволу. Смола застывала. Деревья погибали и падали в воду, а смола продолжала вызревать в недрах земли, в отсутствии кислорода и солнечного света в течение миллионов лет.
Иногда на смолу попадали насекомые и мелкие животные и не могли выбраться из вязкой капли. Поэтому встречаются камни с инклюзами – ископаемыми живыми организмами, попавшими в янтарь.
Жемчуг
Жемчуг добывают из раковин моллюсков. Раковина изнутри покрыта тонким слоем кальцитового камня – перламутра. Когда в раковину попадает маленькая песчинка моллюск пытается защититься от этого маленького камешка, обволакивая его мельчайшими частичками п ерламутра. Так, за долгое время нарастает перламутровый камешек – жемчужина. Особо ценятся большие, круглые, блестящие жемчужины.
Человек научился сам выращивать жемчуг. Для этого в раковину моллюска помещается маленький шарик или бусина, поверх которой вырастает перламутр. Если положить не шарик, а маленькую фигурку животного или птицы, то моллюск создаст фигурную жемчужину.
Виды минералов по происхождению.
В результате изучения вопроса образования минералов на Земле мне удалось узнать, что по происхождению минералы подразделяются на:
- магматические
- осадочные
- метаморфические
Магматические минералы образуются из магмы при ее остывании или затвердевании. Эти процессы могут происходить на поверхности, при извержении вулкана, например, базальт, или в толщах земной коры, например, гранит.
Осадочные минералы образуются только на поверхности земной коры путем оседания и накопления осадков на дне водоемов и на суше. В результате выветривания, обламывания, измельчения формируются такие осадочные породы как песок, гравий, глина.
Часть осадочных пород образуется из растворов минеральных веществ, как например поваренная соль.
Органические осадочные породы состоят из остатков растений и животных, накопившихся за миллионы лет на дне озер и морей. К ним относятся мел, известняк, газ, нефть, уголь.
Метаморфические минералы образовались из осадочных и магматических пород путем изменения текстуры и структуры под воздействием высокого давления, температур и химических растворов в недрах земной коры и в мантии. При этом существенно преобразуется одна горная порода в другую, более твердую. Например, известняк превращается в мрамор, песчаник – в кварцит, гранит – в гнейс, глина – в глинистые сланцы.
Верхний слой земной коры, толщиной до 25 км, состоит на 70% из осадочных горных пород. Но их доля в горных породах Земли самая маленькая, около 9%. Самую большую долю занимают магматические породы – 64%. К метаморфическим относится 27% пород.
Минералы часто называют кристаллами, потому что большинство минералов имеет кристаллическую решетку. Молекулы и атомы вещества, составляющего минерал, расположены в определенном, периодически повторяющемся порядке, создающем естественную форму многогранника.
Для подтверждения наличия кристаллической решетки я провел эксперимент по выращиванию кристалла.
Выращивание кристалла лимонной кислоты.
27.10.2020
Раствор лимонной кислоты
В стакане чистой воды я постепенно растворил большое количество лимонной кислоты, добавляя порошок до тех пор, пока он не перестал растворяться. Раствор получился сильно концентрированный – вязкий и похож на прозрачный кисель.
Раствор процедил через марлю, чтобы отделить от нерастворенных частиц.
Я выбрал самый крупный кристаллик в порошке лимонной кислоты, размером около 3 мм.
27.10.2020
В раствор помещается кристалл размером около 3 мм
Я подвесил этот кристаллик на нитке, закрепив на палочке, и погрузил в раствор лимонной кислоты. Сверху накрыл крышкой, чтобы не попадала пыль. Поставил стакан в место, где нет сильных перепадов температуры, и не попадают прямые солнечные лучи.
Через 5 дней наблюдений кристалл заметно вырос (около 1 см)
Я хочу продолжить эксперимент и узнать, до какого размера он сможет дорасти.
01.11.2020
Кристалл увеличился
На 8-й день эксперимента размер кристалла 2,3 см!
|
04.11.2020 Размер кристалла более 2 см |
Из-за испарения воды в растворе становится меньше, а вещество остается в стакане и таким образом оседает на погруженном в раствор кристаллике. Чем быстрее испаряется вода и чем более насыщенный раствор, тем быстрее растет кристалл.
Заключение.
Почти все, из чего состоит наша планета, окружающая природа – это горные породы и минералы. Знание и понимание истории образования минералов, их физических и химических свойств и характеристик помогает человеку применять их с наибольшей пользой, делать научные открытия и технические изобретения.
Список литературы:
Горы и минералы. Детская энциклопедия. – Москва: РОСМЭН, 2017
Детская энциклопедия, том 1 – Москва: «Просвещение», 1965
Кленов А. Малышам о минералах / А.Кленов. – Москва: «Педагогика-пресс», 1993
Лагутенков А. Драгоценные камни / А. Лагутенков. –Москва: Издательство АСТ, 2019
Интернет-ресурсы
1 Большой толковый словарь