XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Гипс в недрах города Уфы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Этой весной мы с папой пошли в поход на берег реки Уфа, понаблюдать за природой. Я обратил внимание на обрывистый каменистый берег. Мне стало интересно, почему он так выглядит и из чего сложен? Папа объяснил, что эти камни в геологии называются горными породами, и этот склон сложен гипсами.
Мы дошли до небольшой пещеры, которая оказалась штольней, 100 лет назад из нее добывали гипс. Папа рассказал, что из-за добычи гипса под городом много пустот, а еще гипсы размывает водой в природных условиях (таяние снега, сильные дожди), и при авариях на подземных трубопроводах.
Появление пустот под землей могут образовывать провалы, которые называются карстовыми. И ещё, что именно поэтому, строительство метро в нашем городе сильно затруднено.
Я понял, что эти провалы очень опасны, особенно для детей. Ведь дети очень любознательны. Они могут оказаться рядом с провалом, и даже провалиться в него. Поэтому меня очень заинтересовала тема гипсов, я захотел более подробно изучить эту горную породу.
Гипотеза. Если я расскажу сверстникам о свойствах гипса, это поможет им избежать опасностей, связанных с карстовыми явлениями в нашем городе.
Целью моей работы стало изучение гипсов в недрах нашего города Уфы и изучение процессов, которые могут с ними происходить.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучение известных материалов по данной теме.
2. Проведение опроса по теме, среди своих одноклассников.
3. Посещение Геологического музея при Уфимском университете науки и технологий.
4. Маршрутное наблюдение, с описанием обнажения и отбором образцов.
5. Проведение опытов с гипсом и известняком.
6. Интервью с главным геологом Западно-Уральского треста инженерно-строительных изысканий Гареевым Рустемом Анасовичем.
7. Составление памятки по безопасности.
Объект исследования. Горная порода гипс и ее свойства.
Предмет исследования. Причины образования карста и их опасные последствия.
Методы исследования. Во время работы я посетил организацию ЗапУралТИСИЗ и Геологический музей Уфимского Университета Науки и Технологии, побывал на озере Волчок в районе Черниковки, около Дудкинской штольни и месте провала в парке Лесоводов, брал интервью у специалистов, изучал литературу по теме в книгах и сети Интернет, провел социологический опрос среди одноклассников, провел опыты с гипсом и известняком.
Актуальность. В результате моих исследований были изучены свойства гипсовых гонных пород, входящих в состав недр нашего города Уфы. Благодаря моим исследованиям я и мои сверстники получили знания о составе гипса, его использовании. А главное- о тех его свойствах, которые могут привести к опасным для человека карстовым явлениям.
Практическая значимость моей работы в получении новых знаний по окружающему миру и безопасному поведению в нашем городе.
1. Основная часть
1.1 Изучение литературы. Знакомство с понятиями, терминами
В литературе по данной теме я узнал, что:
Недра – это часть планеты Земля, ниже почвы, а при отсутствии почвы ниже земной поверхности, или дна водоёма, которая доступна для изучения и освоения. Недра Республики Башкортостан и города Уфа начали изучать очень давно.
Геология – комплекс наук о составе, строении и истории развития земной коры и Земли. [1]
Геологи доказали, что на территории города Уфы 298-251 млн. лет назад в Пермский период существовало теплое мелкое море. Климат был очень жарким и засушливым. (Приложение 1)
В этих условиях шло сильное испарение воды в море, увеличивалось содержание солей в морской воде. Излишки соли оседали на морском дне.
Длительное накопление солей на морском дне приводило к образованию горных пород, которые называются осадочными. Так, например, гипс и известняк. [3]
Уфимский полуостров - это холмистая территория в междуречье рек Уфы, Белой и Дема, названная так из-за схожести контуров русел рек с вытянутым полуостровом. Уфимские холмы в основном сложены пермскими горными породами - гипсами и известняками. А эти горные породы размываются и разрушаются. Так появляется карст. [2] (Приложение 2)
Карст – это процесс химического растворения и механического разрушения струей воды, или воздействие вод на растворимые и проницаемые горные породы (гипсы, известняки, доломиты, ангидриты, мергели) [5].
Карст бывает двух видов:
1) поверхностные - это озера, овраги, воронки;
2) подземные – это колодцы, шахты, пещеры.
Наземные формы изучают геоморфологи и инженеры-геологи, а подземные – спелеологи.
1.2 Изучение известных материалов
Первое упоминание о карстовых явлениях в России есть в книге арабского путешественника Ахмеда Ибн-Фадлана в X веке, в которой отмечены три озера на территории волжских булгар. Считают, что это карстовые озера с котловинами провального происхождения у с. Три Озера в Татарстане. Они существуют до сих пор.[4] (Приложение 4)
В Уфе изучением карста занимаются в Западно-Уральском тресте инженерно-строительных изысканий, Центр Геологии и Карста, Институт геологии Уфимского научного центра РАН и другие. А начали его изучать с 1893 года. Тогда на железной дороге у станции Воронки произошел провал.
Первоначальная причина образования карста в Уфе- это наличие «растворимых» горных пород - гипсов пермской системы кунгурского яруса. Тогда на территории будущего города было теплое море.
Карстовый процесс и его поверхностное проявления (воронки и озера) происходят на таких участках, где гипсы залегают близко к поверхности или выходит на дневную поверхность (например, Солдатское озеро и озеро Волчок).
1.3 Применение гипса
Гипс – важное полезное ископаемое. Его применяют при строительстве, используют в медицине и искусстве (Приложение 5).
В Уфе с 1920 по 1950 годы велась добыча гипса, о чем свидетельствует Дудкинская штольня. штольня заброшена, и обвалоопасна. Посещать ее запрещено с середины 20 века.
1.4 Чем опасен карст
Всем людям, а особенно детям очень важно знать и об опасных свойствах гипса. Гипс может размываться и разрушаться под влиянием подземных вод и деятельности человека в недрах нашего города (аварии подземных коммуникаций). В результате образуется карст.
Карст опасен своим влиянием на устойчивость различных сооружений – это жилые дома, крупные промышленные объекты, мосты и дороги. Проявление на поверхности карстового процесса может происходить за малый промежуток времени, его сложно прогнозировать и контролировать. Он может иметь катастрофические последствия (Приложение 6).
Если на Ваших глазах происходит обвал грунта - образование карстовой воронки – то нужно немедленно отойти на безопасное расстояние, позвать взрослых, вызвать МЧС.
2. Практическая часть
2.1 Посещение геологического музея при Уфимском университете науки и технологий
Я посетил геологический музей при Уфимском университете науки и техники. Там я познакомился с Клименко Тамарой Васильевной, которая мне рассказала много интересного про гипс. (Приложение 7)
Что он бывает разным:
- по видам (алебастр, селенит, Марьино стекло);
- по форме (монолитные, как розочки);
- по цветам (белый, серый, розовый, прозрачный).
2.2 Маршрутные наблюдения. Описание обнажения, отбор образцов.
Для изучения гипсов мы с папой организовали маршрут на открытый участок горных пород (обнажение) в пределах города. Это крутой правый берег реки Уфа, в районе Дудкинской переправы, ниже территории выставочного комплекса ВДНХ. (Приложение 8)
На выбранном нами участке, мы изучили обнажение (место выхода на поверхность) горных пород. Я произвел учебное описание, определение горных пород и отбор образцов. (Приложение 9)
Гипс в чистом виде очень мягкий, его можно поцарапать даже ногтем, имеет стеклянный блеск. (Приложение 10)
Я заполнил полевой дневник. Полевой дневник – это основной документ при геологических наблюдениях, в котором, в первую очередь, заполняется титульный лист. В дневнике ведется описание горных пород снизу вверх, выполняется схематическая зарисовка, указываются места отбора образцов и привязка к местности. (Приложение 11)
Отбор образцов- одна из важнейших задач геологических работ. Образцы извлекаются из толщи горных пород с помощью геологического молотка. Заполняется этикетка на каждый образец. Образец с этикеткой упаковывается вместе в мешок. (Приложение 12).
2.3 Проведение опытов с отобранными образцами гипса
С отобранными образцами гипса мы выполнили опыты:
Первый опыт провели сразу на месте отбора. Проверил реакцию на соляную кислоту. Для этого взял гипс и известняк.
На известняк дало положительную реакцию, а на гипсе – отрицательную. На гипс соляная кислота не действует. (Приложение 13)
Второй опыт я провел дома. Положил гипс в холодную, теплую и горячую воду из-под крана. Моментального разрушения гипса не произошло. Оставил его на сутки. Проверил и увидел, что разрушения также нет. У меня появился вопрос: почему горная порода не разрушается? (Приложение 13).
2.4 Встреча с главным геологом Западно-Уральского треста инженерно-строительных изысканий
С вопросом «Почему в моем опыте «гипс с водой» не произошло разрушения горной породы?» я пошел к главному геологу в Западно-Уральский трест инженерно-строительных изысканий, к Гарееву Р. А., и задал ему свои вопросы. (Приложение 14)
Я узнал, что в воде из водопроводного крана гипс раствориться значительно быстрее, чем в подземных водах. Но процесс растворения может быть долгим.
Гипс – это мягкая, растворимая в воде мономинеральная горная порода. Растворимость гипса зависит от химического состава и происхождения воды.
Тогда, я понял, что для разрушения моего отобранного образца, потребуется больше времени.
Через 30 дней я проверил гипс, который оставил в воде. Горная порода размягчилась. Опыт удался!
2.5 Проведение опроса среди одноклассников
Среди своих одноклассников я провел опрос по своей теме. Ребятам моя тема была очень интересна. Они задавали много вопросов и попросили меня показать карстовые воронки. Но я объяснил, что карст- опасное явление и в местах провала находиться нельзя. Тогда они попросили рассказать, как вести себя, если увидишь, что рядом с тобой вдруг начала появляться ямка. Я рассказал, как себя правильно вести и решил сделать для них памятки по безопасному поведению в местах, похожих на карстовые провалы. (Приложение 15)
Заключение
В результате своих исследований я узнал, что гипс – важное полезное ископаемое. Его применяют при строительстве, используют в медицине и искусстве.
В Уфе с 1920 по 1950 годы велась добыча гипса, о чем свидетельствует Дудкинская штольня, недалеко от участка маршрута.
На данный момент штольня заброшена, и обвалоопасна. Посещать ее запрещено.
Осадочные горные породы, такие как гипс, хорошо растворяются в воде.
Это вызывает образование пустот и полостей под поверхностью земли – карст, в результате чего на поверхности образуются провалы. Поверхностные формы провалов называют карстовыми воронками.
Итоги:
-
В результате выполнения данной исследовательской работы я более подробно познакомился с работой геолога.
-
Узнал о применении гипса в городе Уфа и его опасных свойствах.
-
Понял, что изучение подземного строения городов очень важно при строительстве и использовании построенных сооружений.
-
Составил памятки для сверстников о безопасном поведении в местах карстовых провалов.
-
Моя гипотеза подтвердилась. Ребята с серьезным интересом слушали мое выступление. Задавали много вопросов и поняли, что карстовые провалы не место для игр и нужно держаться от них подальше.
В дальнейшем я буду продолжать свое исследование и предупреждать
других ребят о возможной опасности при встрече с карстовой воронкой.
Список использованных источников и литературы
1. Большой энциклопедический словарь. СПб.: Норинт, 2002.
2. В. И. Барышников, В. Г. Камалов .ТЕКТОНИКА УФИМСКОГО «ПОЛУОСТРОВА». Уфа. ООО «Архстройизыскания» © 2018 г.
3. В.И. Серпухов, Т.В. Билибина, А.И. Шалимов. Курс общей геологии. Л.:«Недра». 1976
4. Н.А. Чубрик «Ибн Фадлан. Между Спицыным и Авдусиным». 2021г.
5. Р.Ф. Абдрахманов, В.И. Мартин, В.Г. Попов, А.П. Рождественский,
А.И. Смирнов, А.И. Травкин. Карст Башкортостана. Уфа. 2002 г.
6. https://ru.wikipedia.org/
Приложение
Приложение 1
Планета Земля в Пермский период Отложение солей в море
Приложение 2
Территория г. Уфа
Условные обозначения: 1 – неоген-четвертичный покров, 2 – останцы пермского структурного плана (P1+2)
Уфимский «полуостров»
Приложение 3
Гипс
Известняк
Приложение 4
Три озера у с. Три озера в Татарстане (аэрофотосъемка)
Приложение 5
Применение гипса
Приложение 6
Образование карстового провала может происходить очень быстро
Внезапный провал в районе Лесного проезда 3/2 и Парка Лесоводов г.Уфы 6 мая 2022 года(источник utv.ru)
Карстовые процессы вызывают образование трещин в зданиях
Перед строительством зданий в подземные пустоты закачивают бетон высокой прочности
Приложение 7
В Геологическом музее Уфимского университета науки и технологии
Приложение 8
Крутой правый берег реки Уфа, в районе Дудкинской переправы, ниже территории выставочного комплекса ВДНХ
Приложение 9
Обнажение (место выхода на поверхность) гипса. Видны тонкие слои природного полупрозрачного гипсового минерала «селенит»
Приложение 10
Опыты по определению гипса: с помощью царапанья ногтем
Приложение 11
Полевой дневник – это основной документ при геологических наблюдениях
Приложение 12
Отбор образцов одна из важнейших задач геологических работ
Приложение 13
Начало опыта гипса с водой Конец опыта гипса с водой
Приложение 14
В Западно-Уральском Тресте инженерно-строительных изысканий с главным геологом Гареевым Р.А.
Приложение 15
Результаты опроса среди учеников моего класса