XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Значение геологических камней и минералов в природе Земли
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
Представленная работа посвящена разностороннему изучению камней: их значения, применения, классификации. Жизнь на планете Земля прочно связана с камнями и немыслима без них, ежедневно люди и животные окружены камнями повсюду.
Путешествуя по городам и странам или просто прогуливаясь по родному городу многие из нас находят камни разных пород и способов происхождения, часто даже не задумываясь о том, что конкретно этому образцу понадобились миллионы лет, чтобы зародиться, сформироваться и выбраться на поверхность Земли. Возможно, именно тот камень, мимо которого вы проходите каждый день, был молчаливым свидетелем битвы свирепых хищных динозавров, и сегодня, спустя миллионы лет, он продолжает наблюдать жизнь на нашей планете.
Камни являются важнейшим ресурсом на планете Земля. От того, в каком состоянии мы содержим сегодня экологию на планете, что проникает и оседает в почве и мировом океане, зависит состояние всех камней в будущем.
Понимание значения камней, влияния на них экологического состояния окружающей среды, необходимость разумного применения камней – всё это также важные и актуальные темы для человечества.
Объектом исследования является камень. Предметом исследования является описание и классификация многообразия камней планеты Земля.
Целью проекта является изучение базовой классификации камней в зависимости от способов их происхождения, рассмотрение их влияния на жизнь людей и животных. Дополнительной целью является распространение идей о значении камней для всего живого на планете Земля.
Задачи:
- рассмотреть классификацию камней;
- изучить основное предназначение камней в мире и значение камня в жизни человека, животных;
- рассмотреть образцы камней в соответствии с предложенной классификацией;
Основная гипотеза проекта: камень для планеты Земля имеет основообразующее значение, равноценное по значимости с солнечным светом, водой и воздухом.
В работе применены навыки теоретических методов исследования (классификация, обобщение, сравнение) и эмпирических методов исследования (изучение специальной литературы, наблюдение, измерение и другие способы обследования камней).
Фотографии камней, представленные в приложениях, являются авторскими, все камни входят в состав личной коллекции.
В рамках изучения темы использована специальная литература, раскрывающая вопросы происхождения планеты Земля, историю и причины формирования поверхности нашей планеты [1], разнообразие каменных пород и минералов [2; 4; 5; 6].
В настоящее время издано большое количество литературы, посвященной различным сторонам изучения темы камней. Существуют общепринятые гипотезы происхождения планеты Земля, предположения о происхождении и формировании всех каменных пород, описаны характеристики тысяч камней.
2.1. Основное предназначение камней и их значение для жизни на Земле.
Тема камней очень интересна и многогранна. Жизнь человека, животных без камня немыслима. Камни окружают нас повсюду.
Для планеты Земля камни имеют основообразующее значение, так как земная кора (континентальная и океаническая) и мантия состоят из каменных пород. Земная кора (средняя глубина 35-45 км) состоит в основном из гранита и базальтов, мантия (глубина от 30 до 2900 км от поверхности планеты) – тоже из базальтов и гранитов, но уже в вязком, расплавленном виде.
Такой состав земной коры щедро одаривает нас разнообразными каменными породами, которые человек использует с самого своего появления на Земле для разных целей: выживания, строительства, искусства, медицины, производства и других.
С древнейших времен пещеры служили домом и защитой для людей и животных, из камня древний человек изготавливал орудия труда, с помощью камня перемалывал пищу и лекарственные травы, добывал огонь, оставлял на камнях записи и рисунки. Травоядным динозаврам в далеком прошлом и современным птицам сегодня камни-гастролиты служат для измельчения пищи. Сегодня человечество использует камень каждое мгновение: жилища, предметы быта и искусства, производство и многие другие направления. Например, современные технологии позволяют использовать камень кремень для преобразования солнечного света в электроэнергию. Примеров использования камней в прошлом и сегодня огромное множество.
Таким образом, считаю, что камень в жизни человека и животных имеет основообразующее значение, не меньшее, чем солнечный свет, вода и воздух.
Зарождаясь в недрах Земли, все каменные породы впитывают и вбирают в себя минеральные вещества и элементы, окружающие их в геосфере. Именно поэтому человечеству важно осознать, как влияет сегодняшняя экологическая обстановка на планете на состояние всех камней в будущем.
2.2. Происхождение камней.
Камни бывают трех способов происхождения (приложение 1 «Способы происхождения камней»):
1) когда извергается лава, образуются магматические породы;
2) при оседании образующихся пород в почву формируются осадочные породы;
3) при глубоком залегании в земную кору под воздействием давления и высоких температур образуются метаморфические породы.
Так происходит зарождение и перемещение всех каменных пород. Но самих видов камней при этом образуется большое множество. Это зависит от тех условий, в которых формировалась конкретная порода: количество света, тепла, влажности, наличие или отсутствие воздуха, окружающие минеральные вещества и многое другое.
Для понимания природы камней в зависимости от способов их происхождения рассмотрим основные характеристики магматических, осадочных и метаморфических пород.
Магматические породы образуются в результате застывания магмы, которая состоит из сплава многих элементов.
Осадочные породы образуются в результате сложных процессов, происходящих вблизи поверхности. Это процессы выветривания, осадконакопления (седиментации), диагенеза. Среди осадочных пород встречаются алмазы, рубины, сапфиры, бериллы, турмалины, гранаты, топазы, опалы, апатиты, бирюза, халцедоны и другие [6, с. 6-7].
Метаморфические породы образуются после процессов внутренней перестройки горных пород. При этом метаморфизму подвергаются и магматические, и осадочные породы. По мере погружения в глубину земной коры на каменные породы оказывают свое влияние высокие температуры и давление.
Для классификации камней в рамках представленной работы выделим их в две большие (базовые) группы:
1) геологические породы;
2) минералы.
2.3. Коллекция камней.
Идея изучать тему камней возникла как следствие личной коллекции, которую я собираю с 2-х летнего возраста. В моей коллекции представлены и геологические породы, и минералы. Изначально коллекционирование напоминало бессистемный набор камней, которые я собирал во время прогулок в горах и на морском побережье. Затем я начал интересоваться названиями камней, их происхождением, свойствами. Родители, видя мой интерес к камням, отвозили меня на выставки, где я познакомился с разнообразием минералов. Постепенно моя коллекция пополнялась, и я начал составлять каталог камней своей коллекции.
На сегодняшний день в коллекцию входят около 350 экземпляров камней:
- геологических камней: 12 видов, 200 экземпляров;
- минералов: 70 видов, 130 экземпляров.
В представленном проекте обзорно остановлюсь на некоторых из них.
2.3.1. Геологические породы.
Моя коллекция началась с геологических камней морского побережья и гор Адлерского района города Сочи.
Все мы любим гулять по каменному пляжу или бродить в горах и рассматривать камни. Вся пляжная галька сформировалась либо из воды, либо из огня, а ее возраст составляет десятки тысяч и даже миллионов лет.
Когда-то давно Кавказские горы были дном огромного тёплого океана. Сегодня мы находим на этой территории разные породы. Например, осадочные известняковые породы на хребте Аибга (пос. Красная Поляна) (приложение 2 «Осадочные известняковые породы (хребет Аибга, Россия)»).
Камни с побережья Черного моря (приложение 3 «Осадочные известняковые и метаморфические породы (побережье Черного моря, Россия)»): осадочные известняковые породы (3Б) и метаморфические – кварцит и кварцит на сланце (3А).
Магматические породы из горного района Архыз (приложение 4 «Магматические породы (гора Архыз, Россия)») и магматические породы с потухшего вулкана – горы Эльбрус (приложение 5 «Магматические породы (гора Эльбрус, Россия)»).
В моей коллекции есть интересные камни с вулканических островов Греции: метаморфические породы с острова Крит (приложение 6 «Метаморфические породы (остров Крит, Греция)») – кварциты (5А), роговик (5Б), гнейс (5В); магматические породы с острова Санторини (приложение 7 «Магматические породы (остров Санторини, Греция)») – пемза (6А) и застывшая лава (6Б).
В моей коллекции есть особенный камень – известняк с отпечатком древнейшего жука трилобита (приложение 8 «Известняк с отпечатком жука трилобита»). Этот экземпляр был мною приобретен на выставке камней. Известно, что трилобиты – это класс древних морских членистоногих, живших примерно 550-250 миллионов лет назад.
Отдельно хочу отметить один из самых популярных и красивых камней, образец которого есть в моей коллекции – мрамор. Это метаморфическая порода, он состоит только из кальцита. В природе существуют неповторимой красоты нерукотворные огромные мраморные пещеры и гроты.
Следующий камень, который следует выделить – один из самых прочных на нашей планете и один из самых важных для земной коры – гранит. Гранит является магматической породой, которая формируется глубоко в земной коре на глубине более 3-4 км.
2.3.2. Минералы.
Есть еще одна большая группа камней в моей коллекции - минералы.
Все минералы описываются по одному набору свойств: цвет, блеск, твердость, цвет черты, прозрачность, спайность, преломление света, оптические эффекты, плотность, включения, форма кристаллов, излом, магнитность, реакция на кислоты. Существенными признаками являются также удельный вес и радиоактивность. Минералы имеют свой химический состав и кристаллическую структуру. [4, с. 21-43]
Интересно, что шкала твердости минералов была предложена немецким геологом и минералогом Карлом Фридрихом Моосом в далеком 1812 году, и используется по сей день.
Минералы даже внутри одного вида могут иметь несколько вариантов окраски, порой кардинально отличающихся. Существуют прозрачные, непрозрачные или просвечивающие на краях минералы. Если изучать каждый из минералов, то можно увидеть и узнать, что же отличает его от других видов. Изучение минералов – очень интересное занятие. Для их изучения в домашних условиях достаточно подготовить лупу, фонарик, лампу, линейку, весы, фарфоровую пластинку (для определения цвета черты), воду (отдельные минералы меняют прозрачность в воде). Свои наблюдения и выводы очень интересно записывать в отдельную тетрадь, и каждый раз дополнять новыми сведениями.
В рамках работы я представляю фото нескольких минералов из своей коллекции, в их числе: агат, яшма, кварц, окаменелая древесина, малахит, сердолик, бирюза, аметист, гранат, янтарь, лазурит, нефрит, гематит, исландский шпат, фианит, коралл, жемчуг, сталактит (приложение 9 «Образцы минералов»).
Мне интересно наблюдать минералы из своей коллекции. Опишу некоторые из них, опираясь на свои наблюдения и специальную литературу [4; 5].
Кораллы – цветные известковые образования. Это скелеты колоний морских полипов. В моей коллекции ветка коралла белого цвета с бежевым оттенком.
Перламутр и жемчуг. Перламутр – внутренний слой раковин моллюсков, а жемчуг появляется всегда как защитная реакция моллюска на проникновение внутрь раковины инородного вещества. Перламутр и жемчуг имеют сходный состав. Не случайно в переводе с немецкого перламутр – «мать жемчуга».
Агаты – это разновидность халцедонов, для которых характерна слоистая окраска. Агаты имеют разные расцветки, разные степени прозрачности и переливы. Отличают много видов агатов, в моей коллекции есть, например, сердоликовый агат (отличается выраженно оранжевым цветом), пейзажный агат (имеет включения, похожие на пейзажи).
Исландский шпат – разновидность кальцитов, самые богатые месторождения находились в Исландии. Исландские шпаты бесцветные, прозрачные. Это интереснейший камень, он занимает в моей коллекции особое место за свое удивительное свойство – двупреломление (двулучепреломление) – один луч света при прохождении через камень расщепляется на два луча.
Окаменелая древесина – разновидность кремнезема. Такие минералы формируются в осадочных породах, где создаются условия, чтобы древесина погибших деревьев не разрушалась полностью. Элементы древесины постепенно замещаются минеральными компонентами, часто мы можем видеть даже годовые кольца.
Опалы – удивительной красоты минералы! Опалы окрашены разнообразно – буквально всеми цветами радуги, что обусловлено примесями железа, марганца, никеля и других элементов. В моей коллекции есть два экземпляра огненного опала плотного оранжевого цвета. Я проверял опытным путём свойство опалов менять прозрачность в воде.
Александрит – это разновидность хризоберилла, способная менять свой цвет в зависимости от освещения. Александриты имеют серую, зеленую окраску при дневном свете, а в ультрафиолетовых лучах становится розовым, красным или фиолетовым.
Янтарь является окаменевшей ископаемой смолой. Цвет янтаря варьируется от почти белого и светло-желтого до красно-коричневого, прозрачность очень разная. Интересно, что уже древние римляне умели менять цвет янтаря, проваривая его в меду. При этом камень приобретал красный цвет. Янтарь электризуется, а при взаимодействии с открытым огнем – горит.
Я продолжаю с интересом изучать камни, замечаю что-то новое в них и стараюсь для себя описывать собственные наблюдения. Моя коллекция постоянно пополняется и, учитывая разнообразие камней в природе нашей планеты, материала для коллекционирования и изучения очень много.
3. Заключение.
В представленной работе рассмотрены способы происхождения каменных пород и базовая классификация камней, основное предназначение камней в мире и значение камня в жизни человека, животных, описаны образцы камней личной коллекции в соответствии с предложенной классификацией.
В результате обобщения имеющихся сведений о камнях, классификации камней, я делаю выводы о состоятельности своей гипотезы: камни на протяжении существования нашей планеты Земля имеют основообразующее значение, равноценное по значимости с солнечным светом, водой и воздухом.
Задумываясь о значении камней я понимаю, что ответ на этот вопрос так же обширен, как и сама тема камней. Сила камня заключается в многообразии каменных пород и многогранности их применения. Природа Земли сама предусмотрела множество форм и способов применения камня. Считаю важным отметить основное – камень составляет земную твердь, благодаря чему стало возможным формирование материков и дна всей гидросферы Земли. Применительно жизни человека и животных – камень играет важнейшую роль, участвует в процессах жизнедеятельности.
При этом все каменные породы зависимы от экологической ситуации на Земле, поскольку впитывают и вбирают в себя минеральные вещества и элементы, окружающие их в геосфере. Именно поэтому человечеству важно осознать, как влияет сегодняшняя экологическая обстановка на планете на состояние всех камней в будущем.
4. Список использованных источников и литературы.
1) Большая энциклопедия. Земля / Т.Л. Шереметьева, А.А. Спектор. – М.: Изд-во АСТ, 2015. 192 с.
2) Всё о драгоценных камнях / Дж. Стоун. – СПб.: ООО «СЗКЭО «Кристалл»», 2005. 176 с.
3) Земля и космос. – Ростов-на-Дону: Изд.дом «Проф-Пресс», 2020. 96 с.
4) Минералы / Ш.Каллери; пер. с англ. М.Н. Зайцевой. – М.: РОСМЭН, 2018. 48 с.
5) Мир драгоценных камней / Р. Дюля, Л. Рэйл; пер. с англ. В. Герасимов, с чешского А. Беляков и А. Горбатова. – по заказу Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 1998. 190 с.
6) Энциклопедия минералов и драгоценных камней. – СПб.: Издательский Дом «Нева»; М.: «ОЛМА-ПРЕСС», 2002. 479 с.
П
риложение 1 «Способы происхождения камней».
Приложение 2 «Осадочные известняковые породы (хребет Аибга, Россия)».
Приложение 3 «Осадочные известняковые и метаморфические породы (побережье Черного моря, Россия)».
Приложение 4 «Магматические породы (гора Архыз, Россия)».
Приложение 5 «Магматические породы (гора Эльбрус, Россия)».
Приложение 6 «Метаморфические породы (остров Крит, Греция)».
Приложение 7 «Магматические породы (остров Санторини, Греция)».
Приложение 8 «Известняк с отпечатком жука трилобита».
Приложение 9 «Образцы минералов».