XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Необычный камень
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Моя мама журналист. Она часто бывает в командировках, в разных странах и городах. Всегда привозит удивительные подарки. Этот подарок был особенным. Вернувшись со съёмок фильма «Сход» о леднике Колка, моим подарком стал камень, но необычный. Зеленый на солнышке и серый в тени. Это часть ледника, сказала мама. Интересно узнать. Почему мой камень не похож на другие?
Как его название? И много ли таких камней во всем мире? А может он один?
Цели и задачи моей работы.
1.Понять и изучить историю камня.
2.Выявить главные признаки минеральной жизни земли.
3.Классифицировать объект исследования.
4. Провести практическое геологическое исследование на выявление данной горной породы.
Объект исследования – необычный камень.
Гипотеза.
Предполагается, что необычный камень может быть фрагментом схода ледника «Колка», который в 2002 году сошел в Геналдонском ущелье и повлек за собой огромную трагедию.
Основная часть
1.1. История камня.
Камни имеют свою собственную историю жизни, — правда, очень отличную от истории живых существ. Жизнь и история камня очень длинная: она измеряется иногда не тысячами, а миллионами и даже сотнями миллионов лет, и потому нам очень трудно подметить те изменения, которые тысячелетиями накапливаются в камне. Нам кажутся постоянными булыжник мостовой и камень среди пашен только потому, что мы не можем заметить, как постепенно под влиянием солнца и дождя, копыт лошадей и незаметных глазу мельчайших организмов и булыжник мостовой и валун на пашне превращаются во что-то новое. Если бы мы умели изменять скорость времени и если бы мы могли, как в кинематографе, стремительно показать историю Земли на протяжении миллионов лет, то за несколько часов мы увидели бы, как выползают из глубин океанов горы и как они снова превращаются в низины. Как образовавшийся из расплавленных масс минерал очень быстро рассыпается и превращается в глину. Как в секунду миллиарды животных накопляют громадные толщи известняков, а человек в долю секунды уничтожает целые горы руд, превратив их в листовое железо и рельсы, в медную проволоку и машины. В этой бешеной скачке всё изменялось и превращалось бы с молниеносной быстротой. На наших бы глазах камень рос, уничтожался и заменялся другим, и, как в жизни живого вещества, всем этим управляли бы свои особенные законы, которые и призвана изучать минералогия.
1.2. Минеральная жизнь земли.
Планета Земля – это живой организм. Именно так восприняли обитель человечества при взгляде на нее извне первые космонавты, так ее видят современные исследователи. Ощущение «дыхания» планеты возникает от картины быстрых изменений в атмосфере, гидросфере и на поверхности Земли, ибо и «земная твердь», и формы ее поверхности не остаются неизменными во времени и пространстве. Процессы преобразования, выработки и, в конечном итоге, выхода на поверхность и рассеивания эндогенной и экзогенной энергии в Космос происходят от рождения планеты Земля до настоящего времени и будут продолжаться дальше. Взаимодействие энергий и, в конечном счете, их рассеивание объединяют все оболочки Земли в единое целое, формируют рельеф земной поверхности, возникший и развивающийся на границе литосферы и внешних, более подвижных, геосфер. Рельеф с его изменяющимися формами является одним из компонентов природно-антропогенных ландшафтов, в которых протекает жизнь человечества, и, как одно из важнейших свойств земной поверхности, представляет и одно из наиболее существенных условий жизнедеятельности человека, т. е. одно из экологических условий [Флоренсов, 1978].
Различие реакции геосфер на воздействия эндогенной и экзогенной энергий выражается в скоростях процессов их (геосфер) преобразований, а последние в свою очередь находятся в обратно пропорциональной зависимости от плотности и вязкости среды. «Медленное» относительно человеческой жизни развитие геологических и геоморфологических рельефоформирующих процессов воспринимается нами как «вечное», а быстрая разрядка внутреннего напряжения в литосфере (тектоносфере) и на ее поверхности – как природные катастрофы, к каковым относятся и гигантские обвалы горных пород. Такие катастрофы случаются «неожиданно», как и в большинстве случаев имеющие с ними опосредованную, а иногда и прямую связь катастрофические процессы в гидросфере и атмосфере. Управлять такого рода природными событиями человек не может, да и вмешательство в естественный ход развития планеты представляется весьма опасным. Примеров разрушительной реакции природной среды на не полностью просчитанное антропогенное воздействие много: от использования в военных и мирных целях ядерной энергии и строительства крупных и крупнейших водохранилищ до извлечения полезных ископаемых и возведения селезащитных сооружений. Если сделать допущение и представить, что управлять негативными природными процессами можно, то и в этом случае надо знать, где, когда и по какой причине событие негативного характера начнет развиваться, какие усилия необходимо приложить, чтобы «спустить пар». То есть на основе суммы знаний создать модель развития энергетических трансформаций в некой части Земли. Иначе говоря, для предотвращения гибели людей и минимизации ущерба от природных катастроф, в том числе и обвальных, необходим прогноз, с максимальной точностью определяющий тип события, его место, время, интенсивность и зону поражения.
Мы начнем изучение минеральной жизни Земли с недоступных исследованию глубин — с зоны «магмы», там, где температура немного выше 1500°C и где давление достигает десятка тысяч атмосфер. Магма — это сложный взаимный раствор-расплав огромного количества веществ. Пока она кипит в недоступных глубинах, пропитанная парами воды и летучими газами, в ней идет своя внутренняя работа, и отдельные химические элементы соединяются в готовые (но еще жидкие) минералы. Но вот температура падает — под влиянием ли общего охлаждения, потому ли, что магма переходит в более холодные и более высокие зоны — и магма начинает застывать и выделять отдельные вещества. Одни соединения раньше переходят в твердое состояние, чем другие, они закристаллизовываются и плавают или падают на дно еще жидкой массы. К возникшим твердым частицам мало-помалу силами кристаллизации притягиваются всё новые и новые; твердое вещество собирается вместе, отделяясь от жидкой магмы. Магма переходит в смесь кристаллов — в ту минеральную массу, которую мы называем кристаллической горной породой. Светлые граниты и сиениты, темные, тяжелые базальты — это затвердевшие волны и брызги некогда расплавленного океана. Сотни различных названий дает им наука петрография, пытаясь в их строении и химическом составе найти отпечаток их прошлого в неведомых глубинах Земли.
1.3. Состав твердой горной породы.
Состав твердой горной породы — это далеко не то, что состав самого расплавленного очага. Огромное количество летучих соединений пропитывает его расплавленную смесь, выделяется могучими струями, пронизывает ее покров; и долго курится и дымится ее очаг, пока смесь совсем не застынет и не превратится в твердую горную породу. Только ничтожная часть этих газов остается внутри затвердевшей массы, другая часть поднимается к земной поверхности в виде газовых струй. Далеко не все эти летучие соединения успевают достигнуть земной поверхности. Огромная часть их осаждается еще в глубинах, пары воды сгущаются; по трещинам и жилам текут к поверхности Земли горячие источники, медленно охлаждаясь и постепенно выделяя из растворов минерал за минералом. Часть газов насыщает воды и в виде ключей или гейзеров вырывается на поверхность Земли, другая скоро находит себе другие пути и образует твердые соединения.Есть минералы, историю которых мы смутно себе представляем, но есть исторические камни, всю жизнь которых можно проследить по документам, по записям и рассказам, по книгам и рукописям. И есть камни, которые сами рассказывают свою историю.
1.4. Геологическое исследование.
Понятие и слово «обвал» на бытовом уровне представляется достаточно простым и, на первый взгляд, отражает сущность явления, а также механизм зарождения и развития процесса. Значение слова обвал, его происхождение (этимология), синонимы, парадигма (формы слова) изложены в словарях русского языка в сходных выражениях: - С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова [1992] это снежные глыбы или обломки скал, обрушившиеся с гор; - Т.Ф. Ефремова [2000] – падение отделившейся, оторвавшейся при разрушении части чего-либо (горы, здания и т.п.). Глыба камня, снега, земли, обрушившаяся с горы, скалы и т.п.; - Д.Н. Ушаков [2009] – падение оторвавшейся части чего-нибудь (здания, горы и т.п.) Обрушившиеся с гор снежные глыбы или скалы. Н. Абрамов [1999] приводит следующие синонимы к слову “обвал”: обвал лавина, обрушение, осыпание, разрушение. Современное представление об опасных геологических процессах гравитационного характера – обвалах и их происхождении – кратко представлено на сайте http://studopedia.ru/view_factors.php?id=19 в следующем виде: «Обвал – это быстрое отделение и падение массы горных пород (земли, песка, камней…) на крутом склоне вследствие потери устойчивости склона, ослаблении связности, цельности горных пород. Обвалы происходят под влиянием процессов выветривания, движения поверхностных и подземных вод, подмыва или растворения породы, колебания почвы. Чаще всего обвалы происходят в период дождей, таяния снега, при проведении взрывных и строительных работ. Поражающими факторами обвала при падении тяжелых масс горных пород является: повреждение или уничтожение инженерных сооружений, запруживание рек, обрушение берегов озер, воды которых в случае прорыва могут стать причиной наводнений.
Изредка в природных условиях наблюдаются гигантские обвалы, в результате которых обрушиваются миллионы метров кубических пород. Так, в 1911 г на реке Мургаб (Таджикистан) в горах Памир во время землетрясения произошел крупнейший обвал, названный Усойским. Его объем составил 2,2 млрд. м 3 . В результате этого обвала образовались огромная естественная плотина, перекрывшая Мургаб, возникло Сарезкое озеро длиной 75 км и шириной до 3,4 км, наибольшая глубина – 505 м».
«Обвал, как и осыпь, относится к гравитационным движениям (перемещениям) без участия воды, происходящим на крутом склоне (угол больше угла естественного откоса), вследствие потери сцепления (в результате выветривания) или потери временной опоры (выветривание, эрозия и абразия у основания склона). Крупные блоки пород обрушаются внезапно, это большей частью вызывается сейсмическим толчком» [Геологический словарь, 1978].
Под покровом почвы глубоко тянется мир разрушения, и до пятисот метров в глубину идут процессы изменения, всё ослабевая в своей силе и заменяясь ниже новым миром образования камня. Так рисуется нам неорганическая жизнь земной поверхности. Всюду вокруг нас идет напряженная химическая работа. Всюду старые тела перерабатываются в новые, осадки ложатся на осадки, накопляются минералы; разрушенный и выветрившийся минерал сменяется другим, незаметно на свободную поверхность ложатся новые и новые слои. Дно океана, илистые массы болота или каменистые русла рек, песчаные моря пустыни — всё должно исчезнуть или в потоках текучей воды, или в порывах ветра, или же сделаться достоянием глубины, покрывшись новым слоем камня. Так, постепенно, продукты разрушения Земли, ускользая от власти деятелей поверхности и закрываясь новыми осадками, переходят в чуждые им условия глубин. А в глубинах породы воскресают в совершенно новом виде. Там они соприкасаются с расплавленным океаном магмы, который проникает в них, то растворяя, то вновь выкристаллизовывая минералы. Так осадки поверхности снова соприкасаются с магмой глубин, и частица каждого вещества совершает много раз свой долгий путь в вечном движении. Камни живут и изменяются, отживают и снова превращаются в новые камни.
Глава II. Практическая часть исследования.
2.1. Твердая каменная порода «Диабаз».
Диабаз (от французского «diabase») представляет собой мелкозернистую полнокристаллическую вулканическую породу. Характерной чертой данного камня является высокая твёрдость и значительная прочность на сжатие. Одной из отличительных черт данного природного камня является сравнительно малое содержание в нем кремнезёма (около 45-52 %). Цвет минерала может быть различным. Встречаются образцы, которые имеют чёрную, тёмно-серую и даже зеленоватую окраску. Диабаз имеет широкое распространение в регионах с достаточно пологим залеганием горных пород осадочного происхождения, а также в районах нахождения вулканических туфов и лав. Образования данного минерала формируют собой застывшие тела, которые располагаются относительно неглубоко. Мощность таких залеганий может колебаться от нескольких сантиметров до 200 метров, а в некоторых случаях и более. Образование мощных диабазовых пластов, которые обычно называют траппами, по мнению ученых, связано с глобальными процессами в недрах Земли, в результате которых к верхним слоям поднимаются значительные объемы магмы. Самой ценной характеристикой этой горной породы считается её высокая прочность на сжатие, отличная морозостойкость и достаточная твёрдость. Такими камнями усыпано все геналдонское ущелье нашей республики.
Диабаз – одна из древнейших вулканических горных пород. Она считается гипабиссальной, то есть образовавшейся на небольшой глубине породой и по происхождению занимает промежуточное положение между глубинными и излившимися породами магматического происхождения.Образуются они на дне морей, кроме того часто соседствуют с месторождениями меди и серебра. По химическому составу диабаз, свойства которого зависят от его состава, близок к базальту. Его отличительной чертой является малое содержание кремнезема (42-52%). В группу диабазов, входят зеленокаменные породы (другое название грюнштейны) и некоторые виды траппов (так называют группу магматических пород, которые образовались из основной магмы и имеют характерное пологое слоистое залегание на большой площади с изломами и выходами в виде лестниц – траппов). Кроме того, диабазы часто встречаются в толще лав и туфов вулканического происхождения. Причиной образования диабазовых пластов ученые считают поднятие практически к поверхности земли больших лавовых массивов с дальнейшим их застыванием. Диабаз – порода, структура которой называется также офитовой. Её отличительной чертой является наличие в толще камня неупорядоченно расположенных продолговатых кристаллов плагиоклаза. Существуют различные классификации диабазов в зависимости от их состава, свойств и происхождения. В состав диабазов часто входят энстатит, биотит, кварц, оливин, ильменит, роговая обманка, хлоритовые включения, который придают минералу зеленоватый оттенок, лимонит, кальцит, а также серпентины. По составу диабазы делят на: без оливиновые или обыкновенный кварцевые оливиновые или долериты. Внутри данных групп также существуют различные типы, такие, как: лейкофир, энстатитовый диабаз, салитовый и др.
2.2. «Диабаз» разновидность и применение.
Спектр применения данного природного камня весьма широк. Как правило, он используется при производстве литых изделий из камня и для мощения дорог. Однако лишь мощением улиц область использования минерала не ограничивается, так как он весьма широко применяется в архитектуре. Например, из его разновидности – крымского диабаза построен дворец Воронцовых, что в Алупке (Крым). Более того, знаменитая московская Красная площадь также вымощена этим камнем. Данная горная порода также применяется при производстве каменных изделий путём непрерывного литья, в результате чего получаются очень прочные и долговечные изделия из камня.Диабазы применяют при строительстве автомобильных и железных дорог, в качестве заполнителя бетона и как присыпку для кровельных материалов. Плотные тонко- и мелкозернистые диабазы практически не выветриваются и легче полируются по сравнению с гранитами и песчаниками, что определяет их ценность в качестве полированного и штучного камня.
Одной из разновидностей диабаза является габбро-диабаз. Самым лучшим из них, считается карельский. По своей сущности он является уникальной породой, которая по физико-механическим характеристикам не имеет аналогов во всей Российской Федерации. Приблизительный объём разведанных запасов данного полезного ископаемого колеблется в районе 4 млн. кубических метров. Название указанного камня происходит от французского «gabbro-diabase». Он отличается особой прочностью, плотностью, равномерной окраской чёрного цвета. По составу данный минерал почти однороден, поэтому весьма хорошо аккумулирует и отдаёт накопленное тепло. Ещё одной особенностью данного камня является то, что он очень долгое время не теряет своих художественных свойств и качества полировки. Габбро-диабаз применяется при производстве дорожного камня (брусчатка, поребрики, мозаичная шашка). Кроме того, камень широко используется в строительстве в качестве цокольного камня. Иногда идёт на щебень и бут, также используется в качестве камня для печей в саунах и банях. Изделия из габбро-диабаза и блоки из него полностью отвечают всем стандартам и требованиям, предусмотренным ГОСТами.
Во всём мире известно всего лишь три крупных района с месторождениями этой горной породы: австралийский, украинский и северо - кавказский.
Заключение.
«Теория становится материальной силой,
как только она овладевает массами.»
Карл Маркс
Первым вопросом, который возник при осмотре последствий Геналдонской катастрофы 21 сентября 2002 года, был как? Как и почему гигантские массы льда и горных пород в сотни миллионов тонн были перемещены на десятки километров практически мгновенно? И второй, не менее животрепещущий вопрос – возможно ли было предвидеть зарождение и развитие подобного катастрофического процесса?
Более 250 мл лет тому назад земля, на которой мы живем, была океаном. Под водой находились вулканы, которые извергались. Жидкая магма – это и есть твердая каменная порода вулканического происхождения. Она самая твердая, цвет моего камня зависит от содержания железа. Так как много лет он пробыл под водой, и впитал не так много минеральных веществ. Он содержит двухвалентное железо – от этого и его зеленый окрас.
20 сентября 2002 года в ущелье реки Геналдон (Северная Осетия) произошел катастрофический сход ледника Колка, который полностью уничтожил несколько посёлков и унёс жизни более 135 человек. Под слоем льда Колки долго накапливались вулканические газы, идущие из-под склонов Казбека. Гора считается потухшим вулканом, но под ней еще достаточно тепла, чтобы давать выбросы магматических газов, а когда их давление стало критическим, произошел взрыв". Взрыв вызвал обвал висячего ледника на склонах горы Джимара ( 4780 м), огромные массы льда рухнули на Колку. Ледник уже находился в неустойчивом положение - подтаяло его ложе. В результате чего большая часть фирново-ледового тела ледника Колки соскользнула с ложа и, захватив за собой часть ледника Майли, двинулась по ущелью в долину со скоростью около 200 км/ч, захватывая за собой камни и грязевые массы. Один из них мой самый крепкий и необычный «зеленый» камень твердая порода вулканического происхождения, обрушившаяся на ледник.
Итог: я узнала, что мой необычный камень – диабаз. В этом мне помогли разобраться ученые СКГМИ. Я поняла, что видов диабаза много, но практически все они отличаются высокой плотностью. Именно поэтому из данной горной породы делают дороги и облицовывают здания. Сорвавшись, ледник «Колка» вынес в Геналдонское ущелье огромное количество данной горной породы. У так называемых в народе «кармадонских ворот», там, где ещё можно увидеть вход в первый тоннель остановился огромный камень. На этом месте я была и убедилась в том, что эта порода «Диабаз». Так же вместе с классом мы побывали в лаборатории «Геологии и горного дела» СКГМИ, я показала и рассказала ребятам все о диабазе.
Список используемой литературы.
Ссылки на монографии, учебники или учебные пособия одного или нескольких авторов:
Агибалова В.В., Виленкин В.Л. Майлийский ледник и некоторые другие ледники бассейна р. Геналдон // Изв. ВГО. 1962. Т. 94. Вып. 1. С. 70–75. Агибалова В.В., Виленкин В.Л. О Девдоракском леднике / Изв. ВГО. 1962. Т. 94. Вып. 4. С. 339–343.
Александр Ферсман: Занимательная минералогия.ООО «Торгово-издательский дом «Амфора», 2015.268с.
Васьков И.М. Ледово-каменные обвалы и их прогнозирование. Опыт Геналдонской катастрофы, ЦентральныйКавказ. Монография.Геориск. Издательство: Геомаркетинг. Москваа. 2000.- 232с.
Заалишвили В.Б. Горы любят преподносить «сюрпризы» Северная Осетия. 2014.№113.
Александр Ферсман: Занимательная минералогия.ООО «Торгово-издательский дом «Амфора», 2015.268с.
2.Научные источники:
1.Научная статья по теме И. М. ВАСЬКОВ “ЛЕДОВО-КАМЕННЫЕ ОБВАЛЫ И ИХ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ”, SAARBRUCKEN, GERMANY, LAP LAMBERT ACADEMIC PUBLISHING, 2011, 233 С Геофизика
Источник: http://naukarus.com/i-m-vaskov-ledovo-kamennye-obvaly-i-ih-prognozirovanie-saarbrucken-germany-lap-lambert-academic-publishing-2011-233-s
2.“Ледово-каменные обвалы и их прогнозирование”, Saarbrucken, Germany, LAP LAMBERT Academic Publishing, 2011, 233 с. П. М. Лурье, В. Д. Панов, И. М. Васьков
3.Ссылки на материалы конференций, съездов:
1.Полквой А.П. Природные газовые гидраты – возможная причина катастроф ледника Колка. Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий.