XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Откуда берутся камни и почему они такие разные?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Камни – одно из уникальных созданий природы. Каждый прекрасен и интересен по-своему. Каждый имеет свою историю и легенду. В свое время мне попалась в руки интересная книга ученого – геолога Александра Ферсмана «Занимательная минералогия», который с детства увлекался камнями. Так с 5-ти лет у меня появилось увлекательное занятие – я начал собирать и рассматривать камни.
Камни я стараюсь собирать везде: летом на даче, на черноморском побережье, в горах, во время путешествий с родителями. Несколько экземпляров минералов удалось приобрести в Музее Камня (ВНИИСИМС). В моей коллекции уже несколько десятков камней и минералов различного происхождения. Я собираю ее с целью дальнейшего изучения горных пород и минералов.
В процессе исследовательской работы в мою коллекцию добавился кристалл, выращенный мною из порошка алюмокалиевых квасцов.
Я решил поделиться собранной информацией об этих удивительных объектах неживой природы - камнях на уроке окружающего мира со своими одноклассниками.
Цель проекта: Узнать откуда берутся камни и почему они такие разные.
Задачи проекта:
Изучить тему происхождения камней.
Самостоятельно вырастить кристалл.
Собрать коллекцию камней и минералов.
Теоретическая часть: Изучение литературы
Строение Земли
Сначала я просто рассматривал камушки. Потом меня заинтересовало их происхождение. Открыв энциклопедию школьника и рассмотрев внутреннее строение Земли, я узнал, из каких слоев она состоит.
Наша планета состоит из трёх основных слоёв[6]. Внутреннюю часть занимает ядро, затем идёт мантия и земная кора (Рис.1, Приложение 1).
Ядро очень твердое. Температура ядра достигает 6000 °С. Радиус ядра около 3500 км.
Ядро окружено мантией. Температура внутри мантии достигает 900 °С. Её мощность почти 3 000 км.
Верхняя часть – земная кора представляет собой очень тонкий и хрупкий слой, который сложен осадочными горными породами. Здесь преобладают рыхлые осадочные породы (песок, глина, известняк). Толщина земной коры колеблется от 5 до 75 км. Наши горы и равнины образованы из различных горных пород.
Твёрдые горные породы и минералы – это и есть камни, которые отличаются друг от друга свойствами и происхождением[4].
Классификация горных пород
Происхождение горных пород подразделяется на 3 группы: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы образуются, при извержении вулканов. Расплавленная масса под твёрдой земной корой, называется магмой, которая вырывается из глубин на поверхность Земли [1]. Когда магма застывает - получается твердый камень. Магма может застыть, как на поверхности земли, так и в толще земной коры. При медленном остывании магмы в толще земной коры образуется гранит, базальт. При быстром остывании магмы на поверхности земли образуется пемза, обсидиан. Магматические горные породы очень прочные и твёрдые. Об этом очень интересно рассказывал экскурсовод – геолог в музее.
Осадочные горные породы формируются при разрушении гор[6]., например известняки и песчаники. Эти достаточно мягкие осадочные породы легко поддаются разрушению. Осадочное происхождение имеют также янтарь и жемчуг. Янтарь-это окаменевшая несколько миллионов лет назад смола древних хвойных деревьев. Жемчуг образуется в раковине моллюска, когда внутрь попадает песчинка. Стенки раковины моллюска начинают выделять перламутр и обволакивают инородное тело. Через несколько лет песчинка превращается в жемчужину. Также остатки живых организмов накапливаются на поверхности суши или на дне океана и образуются осадочные горные породы - уголь, поваренная соль, песок, глина, мел.
Метаморфические горные породы образуются в мантии из осадочных и магматических пород, на которые действуют огромное давление и высокая температура при движении земной коры. Так образовались, например, гнейсы.
Посещение тематических музеев:
Знакомство с природными горными породами и минералами
В продолжение изучения данной темы, я посетил историко-геологический Музей Ледниковых Камней под открытым небом во Владимирской области. В музее собраны ледниковые камни разных пород: гранит, базальт, диабаз и др. (Рис. 2, Приложение 1).
Оказывается, миллионы лет назад здесь остановился огромный ледник. Средняя температура на Земле достигала -80ºС. Толщина льда в некоторых местах была 6 км. Ледниковых периодов в истории Земли было несколько. Исследователи полагают, что в первое оледенение лед покрывал, не только сушу, но и весь океан и что поверхность нашей планеты напоминала снежный ком. Движение ледников перемещало огромные камни и валуны по всей поверхности Земли [6]. Сейчас мы и находим эти огромные камни.
Затем мы с родителями отправились в Музей Камня при бывшем научно-исследовательском институте синтеза минерального сырья (ВНИИСИМС), в котором собраны экспонаты камней со всего мира (Рис. 3,4, Приложение 1). Рассказ экскурсовода содержал множество интересных фактов про каждый камень.
Особенно много нового я узнал о горном хрустале - кварце. Кварц — один из самых распространённых минералов в земной коре. В природе кварц встречается в виде друз [4]. Друзы кварца представляют собой несколько кристаллов, которые срослись друг с другом (Рис.5, Приложение 2). Древние люди считали, что это застывший лед, который не тает [5]. В древнем Риме из больших кусков кварца вытачивали шары диаметром 10 см, развешивали их в домах. В жару хозяева и гости с помощью них охлаждали руки. Кварц широко применяется в космической промышленности, при изготовлении кварцевых часов, аппаратов УЗИ, эхолотов и др.
Я также узнал, что яшма – это окаменелая древесина деревьев, произраставших несколько миллионов лет назад. Хорошо просматриваются годичные кольца на спиле окаменевшего дерева (Рис.6, Приложение 2). Древние люди вырезали из яшмы амулеты. Сейчас из нее изготавливают украшения, вазы, чаши.
Особенно мне понравилась история, рассказанная экскурсоводом про асбест (Рис.7, Приложение 2) Приведу ее здесь. Раньше на Руси асбест называли горным льном. Из его тонких волокон пряли ткани. Купец Демидов, на приеме у Петра 1 захотел удивить его. Он специально за обедом пролил красное вино на белоснежную скатерть, вытканную из асбеста. Схватил и швырнул ее в огонь. Скатерть не сгорела. Результат был достигнут - Петр 1 был удивлен. Сейчас асбест имеет широкое применение в промышленности. Из него изготавливают трубы, шифер, термостойкую теплоизоляцию, а также защитные костюмы для пожарных.
Знакомство выращенными минералами
В музее на стене висит цитата Александра Евгеньевича Ферсмана: «Через несколько десятков лет геологи не будут больше с опасностью для жизни взбираться на вершины Альп, Урала или Кавказа в погоне за кристаллами, не будут добывать их в безводных пустынях Южной Бразилии или в наносах Мадагаскара. Я уверен, что мы будем по телефону заказывать нужные куски кварца на государственном кварцевом заводе».
Поскольку природные запасы полезных ископаемых не бесконечны, наши великие ученые придумали, как выращивать минералы в лаборатории.
В музее представлены макеты установок, на которых выращивали кристаллы кварца (Рис.8, Приложение 3). 3 кг кварца в таких установках растут приблизительно 2-3 месяца. Оказывается, выращенные кристаллы кварца по качеству и прозрачности во многом превосходят природные. На стендах музея представлен огромный искусственный кристалл кварца весом 20 кг (Рис. 9, Приложение 3), а также кварц разноцветный (Рис. 10, Приложение 3)
Достаточно интересны установки для синтеза малахита (Рис. 11, Приложение 4). Например, ваза нужной формы закрепляются в центре такой установки, создаются необходимые температурные условия для выращивания минерала. В результате получается готовая малахитовая ваза.
С малахитом на Урале связано много легенд. Считалось, что малахит может сделать человека невидимым. А если испить из малахитовой чаши, то можно научиться понимать язык животных. [5]. Павел Бажов записал в книге «МАЛАХИТОВАЯ ШКАТУЛКА» старинные предания про Хозяйку Медной горы, которая стережет свои сокровища.
Из малахита изготавливали шкатулки, украшения, скульптуры. В настоящее время залежи уральского малахита исчерпаны (Рис. 12, Приложение 4). Практически весь малахит, который сейчас есть в продаже – искусственный.
Благодаря применению современных технологий стало возможным выращивание любого камня в лабораторных условиях: сапфиров, изумрудов, и даже алмазов.
Практическая часть:
Выращивание кристалла из порошка алюмокалиевых квасцов
Меня очень увлекла тема выращивания кристаллов. Поэтому я решил провести опыт самостоятельно. Описание опыта я нашел в книге «Занимательная минералогия» А.Е.Ферсмана.
Купил порошок алюмокалиевых квасцов. Затем подготовил алюмокалиевые квасцы, воду, нитку, марлю, палочку, банку. В кипяток насыпал квасцы. Размешал. Потом процедил раствор через марлю. Привязал к палочке нитку и опустил ее в раствор. (Рис. 13-16, Приложение 5). Выставил банку на балкон. Температура воздуха за окном была около +5 ºС. Далее я начал наблюдать и записывать, фотографировать результаты. Через 2 часа ниточка начала обрастать кристалликами. Кристалл через 20 часов. Кристалл через 22 часа. (Рис.17-21, Приложение 6).
Я убедился, что вырастить кристалл в домашних условиях возможно. Наблюдать за ростом кристаллов очень занимательно. Моя коллекция пополнилась кристаллом, который я вырастил сам.
Раскопки
Помимо камней, найденных на поверхности, я еще люблю заниматься раскопками на своем дачном участке. Летом я откопал камни, на которых обнаружил отпечатки древних организмов (Рис. 22, Приложение 7). Теперь это тоже часть моей коллекции. Я продолжаю свои изыскания. Все камни очень разнообразны. Жизнь и история камня очень длинная и измеряется миллионами лет. Я нашел в интернете Карты Древнего Мира (Рис.23, Приложение 7). Задав местоположение и возраст [7], например 750 млн. лет назад, я определил, что на месте нашей области когда-то плескалось огромное море.
Остатки ракушек и насекомых перемешивались с осадочными горными породами и становились их частью. Сейчас это дает возможность ученым изучать их по отпечаткам на камнях.
Заключение
В процессе выполнения этой работы я узнал для себя много нового и интересного. Узнал, откуда берутся камни, как они образуются в природе, в каком виде встречаются. Самостоятельно вырастил кристалл. Собрал и продолжаю собирать свою коллекцию (Рис.24-25, Приложение 8).
Определил, с помощью литературы и древних карт из интернета, что было на месте нашей области миллионы лет назад. Найденные в земле камни с отпечатками подтверждают информацию о том, что здесь много лет назад плескалось море. А огромные валуны из Музея Ледниковых Камней говорят о том, что здесь проходил ледник.
А закончить я хочу цитатой из книги «Занимательная минералогия» великого французского натуралиста Бюффон: «Собирайте факты – из этого родится мысль» [3].
Список использованной литературы:
«Битвы каменных великанов. Занимательная геология». Издательство «ОЛМА Медиа Групп», 2014. – 128 с
«Воспоминания о камне» Ферсман А. Е.
«Занимательная минералогия». Ферсман А. Е. Издательство «Концептуал», 2021. -240 с.
«Каменное царство Земли. Занимательная минералогия». Лаврова С. Издательство «Белый город», 2018. – 112 с.
«Минералы и драгоценные камни». Школьный путеводитель. Афонькин С.Ю. – СПб: Издательство «Балтийская книжная компания», 2020. – 96 с.
«Новая энциклопедия школьника». Издательство «Махаон»,
2003. – 384 с.
Ancient Earth globe (dinosaurpictures.org)
Приложение 1
Рис.1 Строение Земли
Рис.2 Музей Ледниковых Камней
Рис.3,4 Музей Камня (ВНИИСИМС)
Приложение 2
Рис.5 Друза кварцевая
Рис.6 Окаменелое дерево (яшма)
Рис.7 Асбест (горный лен)
Приложение 3
Рис. 8 Установки для выращивания кварца
Рис. 9 Кристалл кварца весом 20 кг
Рис. 10 Кварц синий
Приложение 4
Рис. 11 Установка для выращивания малахита
Рис. 12 Малахит уральский природный
Приложение 5
Проведение опыта
Рис. 13-16
Приложение 6
Рис. 17 Кристалл Рис. 18
Рис. 19 Рис. 20 Рис. 21
Приложение 7
Рис. 22 Отпечатки на камнях
Рис. 23 Карта Древнего Мира 750 млн. лет назад.
Приложение 8
Моя коллекция камней
Рис. 24 Природные и выращенные минералы.
Рис. 25 Магматические, осадочные и метаморфические горные породы.