XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Минералы - сокровища Земли
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Драгоценные камни известны человечеству с древнейших времен. На протяжении многих столетий они притягивали взгляды, служили символами любви и богатства, дарили радость своим владельцам.
Для людей драгоценности сегодня – это и украшения, и подарки, и вложение капитала, и исторические ценности, амулеты и талисманы. Драгоценные камни находят применение не только в ювелирном производстве, но и в других сферах человеческой деятельности (медицина, приборостроение, электроника и др.).
У моих мамы и бабушки есть разные красивые серьги и кольца с драгоценными камнями, которые с детства привлекали мое внимание. Мне очень стало интересно, откуда берутся камни, которые используют в ювелирных украшениях. Так я начал узнавать о минералах и науке геммологии.
Цель: изучить многообразие минералов и драгоценных камней, узнать о происхождении разных пород, их применении в жизни человека, а так же познакомить одноклассников с моей коллекцией и результатами моего исследования.
Задачи:
Изучить литературу и источники в сети Интернет о минералах и драгоценных камнях.
Изучить происхождение, отличительные особенности минералов и драгоценных камней, их классификацию.
Описать происхождение, свойства и внешний вид минералов из моей коллекции.
Обобщить результаты исследования, представить их в виде научно-исследовательской работы.
Познакомить одноклассников с результатом исследования, продемонстрировать образцы из коллекции.
Методы исследования: изучение литературы и источников в сети Интернет, изучение внешнего вида образцов с помощью оптических приборов (лупы и микроскопа), анализ полученных данных, фотографирование.
Теоретическая и практическая значимость: мои одноклассники узнают много нового и полезного об окружающей нас природе, а именно о камнях и минералах, а так же познакомятся с образцами минералов и камней из моей коллекции.
Глава 1. Изучение минералов.
1.1. Что такое минералы?
С древнейших времён камни играют значительную роль в истории человечества. Скребки, наконечники стрел, каменные топоры – свидетельства того времени. Самая древняя ступень развития культуры человечества называется каменным веком. Уже в те далёкие времена наши предки знали, что камни имеют различные свойства, и поэтому предпочитали использовать определённые виды камней, например, кремень или обсидиан, для своих целей.
С давних пор камни служат исходным материалом в строительстве. Из камней строили и строят дома. Камни используются для строительства дорог. Во все времена, от античности до нового времени, скульпторы создавали прекрасные произведения искусства из мрамора, которые сегодня можно увидеть в музеях всего мира. Архитекторы сооружали из камня храмы, церкви, дворцы.
Для начала стоит разобраться, что – же такое минерал, а что такое камень (горная порода)?
Минералы – это соединения, образующиеся естественным путем в процессе сложных геологических преобразований. Минералы образуются в природе из химических элементов, и каждый имеет определённый химический состав и кристаллическое строение. Они однородны по своей структуре, имеют свою определённую форму. Минералы бывают самых разных цветов и оттенков. Искусственно выращенные кристаллы не относятся к минералам. Минералы – это соль поваренная, лёд, горный хрусталь, алмаз, полевой шпат, гипс, тальк, кальцит, топаз и другие.
Горные породы или попросту камни – это образования, состоящие из множества минералов. Гранит, например, состоит из следующих минералов: кварца, полевого шпата и слюды. Гранит неоднороден по структуре и цвету. К горным породам относятся гранит, мрамор, базальт, песчаник, сланец и др.
Драгоценные камни – это минералы, которые ценятся за свою красоту.
Геммология – наука о драгоценных самоцветах и их происхождении. Специалисты – геммологи – занимаются исследованиями о месторождениях, особенностях формирования и технологии обработки самоцветов.
Первым геммологическим учреждением в мире стал геммологический комитет Великобритании. Он был создан Национальной ассоциацией ювелиров Великобритании (NAG) в 1908 году. Затем преобразовался в Геммологическую ассоциацию Великобритании.
В каждой стране, в которой разрешена торговля драгоценными камнями, существуют государственные и частные геммологические лаборатории.
1.2. Происхождение и строение минералов.
Знание условий образования и дальнейшего существования минералов имеет большое практическое значение. В настоящее время достигнуты значительные успехи в познании законов распространения минералов и их совместного нахождения в природе. Поэтому геологи уже знают, в каких горных породах, в каком районе необходимо искать нужную им руду.
В настоящее время известно более 5 тысяч минералов.
Главный источник образования минералов скрыт от наших наблюдений глубоко в недрах земного шара. Здесь в результате процессов, связанных с внутренним жаром Земли и с громадным давлением, и образуется основная масса минералов. Они слагают глубинные кристаллические породы, составляющие 95% земной коры.
Процессы минералообразования можно сгруппировать по источникам энергии на три группы.
Магматогенные – обусловленные внутренним жаром земного шара. Магма – огненно-жидкий расплав-раствор – в основном состоит из соединений кремния и содержит все известные химические элементы. Когда магма поднимается вверх и застывает на поверхности или на некоторой глубине, в ней начинается массовая кристаллизация минералов.
Экзогенные – вторая группа процессов, обусловленных внешними факторами, связанными с деятельностью солнца. Эти процессы проходят вблизи земной поверхности в условиях невысокой температуры и обычного атмосферного давления.
Третью группу процессов минералообразования представляют метаморфические. При погружении горных пород на глубину в несколько километров под влиянием высоких температур и давления происходит перекристаллизация пород и образование новых минералов.
Рисунок 1. Образование горных пород. Геологический круговорот.
1.3. Классификация минералов.
Минералы можно классифицировать по-разному: в зависимости от происхождения, химического состава, применения и так далее. Остановимся на нескольких типах классификаций.
По происхождению:
Натуральные: органические (жемчуг, янтарь и коралл) и минеральные (топаз, известняк, хрусталь горный, мрамор, яшма и гранит).
Искусственные: органические (искусственный жемчуг) и минеральные (алмаз, сапфир и рубин).
По степени твёрдости:
Твёрдые камни: аметист, алмаз, агат, авантюрин, жадеит, гранит, бирюзу, аметист, амазонит, базальт, яшму, топаз, родонит, обсидиан, лазурит, ортоклаз, опал, лазурит, кремень и корунд.
Средне-твёрдые: флюорит, нефрит, мрамор, малахит, известняк мраморовидный, доломит и азурит.
Мягкие: янтарь, тальк, сланец, серпентин, селенит, песчаник, мергель, кальцит, обыкновенный известняк, гагат и алебастр.
По предназначению:
Поделочные
Ювелирно-поделочные
Драгоценные
Больше всего меня интересуют минералы, которые используют в изготовлении украшений, поэтому я остановлюсь на последней классификации.
1.3.1. Классификация М. Бауэра – А.Е. Ферсмана
В 1896 г. немецкий минералог М. Бауэр разработал собственную систему классификации минералов, которой стали пользоваться русские и европейские минералоги и ювелиры. Все известные на тот момент минералы он распределил на порядки. Драгоценные и поделочные камни были рассортированы на камни 1-го, 2-го и 3-го порядка. К драгоценным камням органического происхождения были отнесены гагат (разновидность каменного угля, еще известного под названием черный янтарь), янтарь, коралл, жемчуг.
Немного позднее русский геолог академик А. Е. Ферсман дополнил и усовершенствовал систему Бауэра. Он же ввел новые понятия: для драгоценных камней – самоцветы, цветные камни – для поделочных камней. Самоцветы – прозрачные, полупрозрачные, просвечивающие минералы, как бы излучающие свет.
I группа – драгоценные камни (самоцветы). Это прозрачные, реже просвечивающие, цветные и бесцветные, твердые минералы обычно в виде кристаллов. В зависимости от ценности драгоценные камни делятся на три класса (или порядка) – см. таблицу 1.
Таблица 1. Драгоценные камни.
|
1 порядок |
2 порядок |
3 порядок |
|
алмаз рубин сапфир изумруд александрит |
топаз, аквамарин, берилл, аметист, уваровит, жадеит, благородный опал, циркон |
гранат, бирюза, хризопраз, сердолик, зеленый турмалин, горный хрусталь, раухтопаз, агат, лунный камень |
II группа – поделочные (цветные камни). Это непрозрачные, реже просвечивающие горные породы и минералы с красивым цветным рисунком. Поделочные камни так же делятся на порядки – см. таблицу 2.
Таблица 2. Поделочные камни.
|
1 порядок |
2 порядок |
|
нефрит, лазурит, лабрадор, родонит, малахит, авантюрин, яшма |
селенит, обсидиан, змеевик, флюорит, мраморный оникс, розовый кварц |
III группа – органогенные драгоценные камни. Их можно считать драгоценностями только потому, что они представляют собой красивые объекты, но они на самом деле не являются «камнями» потому что их образование связано с живой материей. К ним относят коралл, жемчуг и янтарь.
Глава 2. Моя коллекция минералов.
В моей коллекции уже есть несколько больше десятка минералов. Я расскажу и опишу подробно несколько из них.
2.1. Аметист.
Самая популярная цветная разновидность кварца – это фиолетовый аметист, оттенки которого могут изменяться от бледного до насыщенного. Цвет аметиста связан со структурной примесью железа.
Название самоцвета имеет греческое происхождение и переводится как «не пьяный» или «не пьянеющий», что восходит к древнему поверью: будто этот минерал предохраняет своего владельца от опьянения.
В природе аметист наблюдается в виде вытянутых и скипетровидных кристаллов: друз, щеток, жеод и миндалин.
Друза – это минеральный агрегат, представляющий собой совокупность произвольно сросшихся между собой кристаллов, наросших на общее основание.
Жеода – замкнутая полость в осадочных или некоторых вулканических породах, частично или почти целиком заполненная скрытокристаллическими или явнокристаллическим минеральным веществом. А миндалина – это жеода небольших размеров.
Рисунок 2. Друза аметиста,месторождение Уругвай.
Рисунок 3. Жеода аметиста, месторождение Уругвай.
Аметист зарождался в глубинах земли под высоким давлением и воздействием воды. Образуется в гидротермальных жилах и в миндалинах лав. Часто залежи находят в вулканической породе и наростами на горном хрустале.
Месторождения аметиста разбросаны по всему миру. Самые известные из них находятся в Бразилии, Уругвае, Замбии и России (на Урале и Кольском полуострове).
Рисунок 4. Кристаллы и изделия из аметиста из домашней коллекции.
Рисунок 5. Кристаллы аметиста под микроскопом.
2.2. Горный хрусталь.
Горный хрусталь представляет собой прозрачный кварц. Русское название «хрусталь» берет свое начало из греческого слова «лед».
Свойства минерала обусловлены отсутствием в нем примесей металлов. С ними кварц приобретает цвет. Основное же свойство хрусталя – прозрачность.
Наши предки считали горный хрусталь окаменевшим льдом. За эту версию говорило еще одно свойство хрусталя – даже в самую жаркую погоду он остается прохладным на ощупь.
Кварц – минерал магматического происхождения, он оседает из горячих растворов лавы. Воды, обогащенные минеральными примесями, просачиваются через расщелины в земле, остывают. Во время охлаждения и происходит выпадение, кристаллизация кварца, появляется горный хрусталь. Единичные кристаллы кварца – редкость. Обычно, из одной основы возвышается пучок разноразмерных шестигранников с пирамидальными верхушками. Кристаллы обычно направлены в разные стороны.
Рисунок 6. Кристаллы горного хрусталя.
Находки горного хрусталя известны по всему миру, его промышленная добыча ведется во многих странах. Наиболее красивые коллекционные образцы горного хрусталя поступают из России, Бразилии, Китая.
В России наиболее крупные месторождения горного хрусталя известны на Урале, в Забайкалье и в Приморском крае.
Рисунок 7. Кристаллы и изделия из горного хрусталя из домашней коллекции.
Рисунок 8. Кристалл горного хрусталя под микроскопом (10-кратное увеличение).
2.3. Топаз.
Топаз – полудрагоценный, не слишком дорогой прозрачный камень самых разных оттенков. Топаз бывает красным, красновато-фиолетовым, розовым, голубым, синим, синевато-зеленым, оранжевым, желтым, бесцветным и даже многоцветным. Топаз — это один из самых популярных драгоценных камней.
По одной из версий топаз получил свое название в честь острова в Греции. Другая же гласит, что топаз — это санскритское слово, которое обозначает тепло и огонь.
Можно назвать несколько месторождений этого камня. В Бразилии находится крупнейшее из них. Большую часть ценных топазов добывают именно в этой стране. Здесь находят экземпляры, которые имеют красный и голубой цвет. Еще его добывают на острове Шри-Ланка и в России — в Забайкалье, на Урале.
Рисунок 9. Топаз, альбит, кварц. Месторождение Мурзинка, Средний Урал, Россия. (Минералогический музей МГРИ-РГГРУ. Фото: А.А. Евсеев).
В России топазы – "сибирские алмазы" – стали добывать и обрабатывать на Урале с 18 века. К сожалению, большинство этих уникальных месторождений на сегодняшний день практически полностью выработано. Среди уральских топазов наибольшую ювелирную ценность представляют винно-желтые, розовые, густо-красные и фиолетовые топазы из россыпей рек Каменки и Санарки. Хорошо образованные кристаллы топазов найдены в Забайкалье и на Памире.
Р исунок 10. Кристалл и изделия из топаза из домашней коллекции.
Рисунок 11. Кристалл топаза под микроскопом (10-кратное увеличение).
2.4. Малахит.
Малахит – один из красивейших минералов. Его окраска богата оттенками – вся палитра зеленых тонов от светло-зеленого с голубизной до густого темно-зеленого цвета. Название минерал получил, вероятно, за зеленую окраску, напоминающую цвет листьев мальвы (греч. malache – мальва), либо за небольшую твердость (греч. malakos – мягкий).
Чаще малахит встречается в виде землистых выделений и плотных натечных образований. Радиально-лучистый рисунок часто совмещен с концентрически-полосчатой окраской. Встречаются тонковолокнистые разновидности, сноповидные, концентрически-слоистые, полицентричные, а также псевдосталактиты.
Р исунок 12. Малахит – псевдоморфоза по самородной меди.
Благодаря небольшой твердости малахит легко обрабатывается: быстро режется, хорошо шлифуется и полируется, в руках умелого мастера принимает самую высокую зеркальную полировку. Малахит издавна привлекал внимание людей. С неолита вплоть до железного века, он был камнем ремесленников: краскотеров и красильщиков, стеклодувов, живописцев, плавильщиков (выплавляли медь). Самой ранней малахитовой поделке 10500 лет! Это скромная, простой овальной формы подвеска, найденная в одном из погребений неолитического могильника в долине Шанидар (Северный Ирак). Наиболее широкую популярность в России минерал получил благодаря уральскому писателю Павлу Петровичу Бажову.
Рисунок 13. Малахит и изделие из него из домашней коллекции.
Рисунок 14. Иллюстрация к сказу П.П. Бажова «Каменный цветок».
Малахит довольно распространён, но в виде больших масс встречается в немногих местностях. В России первое место принадлежит Меднорудянскому руднику (близ Нижнего Тагила), затем Гумешевскому (теперь почти полностью отработанному). Малахит встречается также на Алтае и в Казахстане. В Западной Европе месторождение малахитов находится в Шесси (близ Лиона, Франция), в Корнуолле. Малахит ювелирного качества в большом количестве добывается в Конго и Заире (Ю. Африка).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За время написания научной работы я прочитал несколько интересных книг российских ученых-минералогов и узнал много нового о происхождении и образовании минералов. Зная, как образуются минералы, можно понять, где действительно можно встретить то или иное «сокровище».
В этой работе я описал несколько минералов из своей коллекции, которые добывают на территории России. В нашей стране очень большое количество разных месторождений, и многие из них расположены на территории Урала. В летние каникулы я с родителями хочу посетить музеи и действующие месторождения в Свердловской области, попробовать найти минералы самостоятельно, почувствовать себя учёным.
Мир минералов огромен и разнообразен. Я буду продолжать изучение различных драгоценных камней, и пополнять свою коллекцию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Корнилов Н.И., Солодова Ю.П. Ювелирные камни. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1987.
Лагутенков А. А. Драгоценные камни. Ювелирные секреты. Иллюстрированный гид. – М.: Издательство АСТ, 2021.
Соболевский В.И. Замечательные минералы: кн. для учащихся. – 2-е изд., доп. – М.: Просвещение, 1983.
Изображения: схемы. ЯКласс. Web.: www.yaklass.ru
Камневеды. Магазин камней. Web.: https://kamnevedy.ru
Минералогический музей им. А.Е.Ферсмана. Web.: www.fmm.ru
Сайт для ювелиров. Технологии и справочники. Web.: https://juwelir.info