XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Как составить собственную коллекцию красноярских самоцветов?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Шломов Р.Ю. 1

---

1МАОУ лицей 1

Шилова Ю.А. 1

---

1МАОУ лицей 1

Работа в формате PDF

346 KB

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Изучение особенностей родного города способствует формированию любви к малой родине и воспитание патриотизма. Создание привлекательного образа региона способствует повышению интереса к родной земле, развивает умения видеть и понимать красоту окружающей природы, формирует любознательность. Изучение правил работы с природными материалами способствуют воспитанию бережного отношения к окружающему миру. Данные исследования могут быть использованы для популяризации туризма, организации семейных прогулок выходного дня, что способствует здоровому образу жизни и укреплению семейных отношений.

Цель исследования: изучить особенности составления минеральных коллекций на материале местного проявления халцедонов в русле реки Кача.

Гипотеза. В окрестностях Красноярска залегают самоцветы семейства кремнезема, на основании которых может быть сформирована минералогическая коллекция.

Объект исследования: аллювиальные отложения в окрестностях города Красноярска.

Предмет исследования: минералы группы кремнезема в аллювиях реки Кача.

Задачи исследования:

- изучить понятие самоцвета, виды, особенности образования и нахождения в природе;

- изучить имеющиеся сведения о минералах окрестностей г. Красноярска при посещении красноярских музеев геологии;

- изучить правила и особенности сбора минеральных коллекций, выводы предоставить в виде «Памятки начинающего коллекционера»;

- исследовать образцы минералов аллювиальных отложений макроскопическим методом, выводы представить в виде таблицы – основы для каталога коллекции;

- сформировать собственную коллекцию группы халцедонов аллювиальных отложений реки Кача.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЧТО МЫ ЗНАЕМ О САМОЦВЕТАХ?

Минералы известны человечеству уже более 7000 лет, доставляя радость своей красотой и гармонией. Благодаря уральским горникам для обозначения ювелирных камней широко распространилось красивое русское слово «самоцвет»[1, с. 14].Сначала к числу самоцветов относили лишь немногие камни: аметист, янтарь, гранат, яшму, нефрит, изумруд, бирюзу. В современном мире число их расширилось, к ним относят минералы, агрегаты, органические и даже ископаемые экземпляры, имеющие декоративные характеристики, позволяющие использовать их в ювелирном деле. Специалисты разделяют их на категории драгоценных, полудрагоценных и поделочных, а самоцветы с ограниченной прозрачностью (полупрозрачные и непрозрачные) относят к ювелирно-поделочным [1, с. 17].

На сегодняшний день известно более 5000 видов минералов. Они образуются на поверхности и в глубине земной коры в результате различных процессов. К эндогенным процессам, которые протекают за счет внутренней энергии Земли, относят деятельность вулканов. Они порождают эффузивные (когда лава изверглась на землю) и интрузивные (если магма не достигла поверхности и застыла на глубине) магматические породы, в которых рождаются минералы. Затем породы разрушаются под воздействием гипергенных процессов, например, выветриванием, дождем, температурой (замерзание/оттаивание), шлифуются водой, ветром, льдом, песком. [6, с. 32, 46]. Кроме того, породы могут повторно подвергаться воздействию давления и температуры, изменяя свой состав и превращаясь в метаморфические породы.

Таким образом, история каждого минерала хранит геологическую летопись планеты, и каждый камень имеет личную биографию. [4, с. 61].

Наш край богат природными ресурсами, в том числе минералами, так как территория Восточной Сибири относится к районам, где в древности происходили вулканические извержения. Геологам известно более 400 месторождений камнесамоцветного сырья на территории края, куда входят ювелирные, поделочные и коллекционные камни: берилл, топаз, гранат, хризолит, аметист, морион, сердолик, жадеит, нефрит и др.[1, с. 9].

750 млн лет назад район окрестностей города находился на окраине Сибирского континента, омываемый древними водами Палеоазиатского океана. Позже граница с океаном начала сдвигаться к Западному Саяну, а в глубине земной коры начали разливаться магматические расплавы, выходя на поверхность через трещины, при этом более вязкие магмы медленно застывали под поверхностью, формируя субвулканические интрузии, например, лакколит Николаевская сопка, или штоки на глубине нескольких километров Столбовского комплекса[8, с. 187-193].В округе Красноярска также можно найти месторождения, позволяющие познакомиться с геологической историей нашей родины: декоративное и поделочное сырье оникса пещеры Караульной, мраморный оникс Торгашинского месторождения, коллекционное сырье палеофлоры и фауны Красноярского моря, проявления халцедона и его разновидностей в аллювиальных отложениях р. Чулым, Кача, Сыр, Малого и Большого Кемчуга[1, с. 127-128].

Среди вышеперечисленных участков направление для исследования было выбрано, учитывая отношение минерала к группе самоцветов, а также близость к городу и доступность. Всем этим требованиям удовлетворяли аллювиальные россыпи халцедонов р. Кача. Кача – левый приток Енисея, она берет начало в Кемчугском поднятии. Район истока находится на территории Качинско-Шумихинской вулкано-тектонической депрессии, которая является результатом длительного функционирования нескольких сближенных вулканических центров, возраст ее пород оценивается учеными в 460-430 млн. лет[7, с. 139, 146-147].Затем на протяжении миллионов лет магматические породы подвергались вымыванию и выветриванию более рыхлых слоев, а твердые включения смывались в русла ближайших рек, окатывались, принимая вид галек.

Семейство кремнезема занимает почетное место в списке самоцветов. Формула его представителей – оксид кремния, т.е. соединение двух химических элементов, кислорода и кремния, занимающих верхние места по распространению в земной коре. Типы кремнезема разделяют на макрокристаллические (кварц и его цветовые разновидности) и микрокристаллические (группа халцедона). Халцедон отличаются от своего родственника кварца типом блеска: он похож на застывший студень, карамельку, как будто его натерли свечой. Такой блеск называется матовым или восковым. Это обусловлено способом образования минерала: при гидротермальных процессах в пустотах вулканических или магматических пород в результате затвердевания водных растворов формируются сплошные минеральные агрегаты в виде сросшихся между собой тончайших кристаллических зерен кварца, которым для роста полноценных кристаллов не хватило места[2, с. 81, 247]. По классификации драгоценных камней и природных самоцветов относительно стоимости представители группы халцедона относятся к 4 классу ограниченно-прозрачных камней[1, с. 18].

Цветовых разновидностей халцедон имеет даже больше, чем кварц. Собственно халцедоном называют голубовато или желтовато-серую разновидность, остальные имеют собственные названия: оранжевый сердолик, красный карнеол, коричневый сардер, молочно-синий сапфирин, яблочно-зеленый хризопраз, луково-зеленый плазма, малопрозрачный зеленый с красными вкраплениями гелиотроп. Просвечивающие бесцветные, серые или молочно-белые минералы с включениями древовидных вростков оксидов марганца или железа называют древесным агатом, с нитевидными включениями силикатов –моховым агатом, однако это тоже халцедоны[9, с. 124].

Собственно агатами называют разноокрашенные узорчатые разновидности халцедона. Узоры агатов образуются при послойном отложении осадка горячих растворов. В зависимости от рисунка различают концентрические, глазчатые, облачные (с расплывчатыми пятнами), звездчатые, бастионные, брекчированные (с включениями обломков) [3, с. 12-14]. В агатовых миндалинах слои располагаются по направлению от стенок к центру, который состоит из кристаллически-зернистого кварца. Ленточные агаты с параллельными бело-черными полосками именуются ониксом, буро-коричневые с белыми – сардониксом, а красно-белые слои имеет карнеолоникс[1, с. 33].

Благодаря неповторимым комбинациям слоев и окрасок, агаты высоко ценятся среди любителей камня. Как сказал знаток ювелирного искусства Л. Квик «В то время как сотня сапфиров имеет точно такой же вид, сотня агатов представляет сотню разновидностей форм и окраски. Нет двух одинаковых агатов»[3, с. 8]. Однако красоту агатов нужно уметь увидеть, ведь она спрятана внутри невзрачного булыжника, изрытого ямками, похожего на «старую сморщенную картофелину»[4, с. 3]. Только опытный, наметанный глаз позволит не пройти мимо обычной черной гальки, в которой скрывается редкий и ценный вид халцедона - черный агат.

Халцедоновые россыпи русловых аллювиев сопровождают сложносоставные образования горных пород. Непрозрачные даже в тонких сколах гальки метаморфического состава с примесями называют яшмами[8, с. 14-15]. На стыке яшм и халцедонов специалисты выделяют яшмовые агаты ияшмоиды, характеризующиеся частичной мутной прозрачностью. Непрозрачный различно окрашенный халцедон в виде желваков, загрязненный примесями глины, называется кремень. Благодаря своим свойствам высокой твердости и острым режущим краям кремень был известен нашим первобытным предкам, которые с успехом делали из него ножи, топоры, наконечники стрел[2, с. 249]. 3000 лет назад в Древнем Египте и Месопотамии из халцедонов и агатов уже вырезали печати, геммы, кольца, мелкие сосуды. Крупные центры агатового промысла были образованы в Германии, начиная с 1548 г.[9, с. 132]. В современном мире благодаря своим свойствам халцедоновая группа характеризуется разнообразным применением: из-за вязкости используется в технике для изготовления опорных деталей механизмов, призм точных весов, часовых камней, для производства первоклассного абразивного материала– карборунда, обладающего твердостью выше корунда, как высоко кислоустойчивый материал применяется для производства посуды в химическом деле[2, с. 250]. И конечно же, служат сырьем для камнерезного художественного промысла, в поделочных и ювелирных изделиях.

Для получения информации о халцедонах аллювиальных отложений в окрестностях Красноярска автор посетил геологические музеи города. В музее геологии Центральной Сибири (GEOS на проспект Мира, 55) была изучена информация о популярном экогеопросветительском маршруте в окрестностях Красноярска «За самоцветами на Качу». На участке от п. Солонцы до Дрокинской сопки красноярскими геологами проводилось изучение состава галечниковых отложений руслового аллювия р. Кача. Согласно данным, халцедоновые породы представлены плотными, с хорошей окатанностью бледно окрашенными, медово-желтыми сердоликами, золотисто-желтыми цер-агатами, сардониксами, минерализованными миндалинами, коричнево-красными яшмоидами,оттенки которых обусловлены гидроокислами железа. Были выявлены редкие ценные черные агаты с тонким контрастным бело-черным «муаровым» рисунком высокого декоративного качества [8, с. 97-100].

В музее геологии Средней Сибири на проспекте Мира, 37 автор ознакомился с фондом региональной геологии (в т. ч. коллекции сердоликов Сибирской платформы, агатов аллювия р. Кача),минералогии и карста. Важно отметить, что карстовые образцы музея были собраны без нарушения спелеоландшафтов, из пещер, ушедших под затопление при строительстве Красноярской ГЭС, что является свидетельством бережного и разумного подхода к сохранению природных ресурсов. Также были проведены консультации с начальником отдела хранения коллекционного геологического фонда музея Юрьевой Т. Е., где были изучены способы диагностики минералов и особенности создания коллекций.

С ЧЕГО НАЧАТЬ СВОЮ КОЛЛЕКЦИЮ?

Коллекционирование – это творческая деятельность по поиску, систематизации, демонстрации и сохранению определенных объектов. Данное увлечение развивает умение видеть и понимать окружающую красоту, любознательность, способствует формированию новых знаний, т. к. предполагает не только собирание, но и изучение объектов коллекции. Настоящий коллекционер должен хорошо знать свои камни, их свойства, историю открытия, месторождения, лучшие образцы, применение, быть способны оценить, насколько образец типичен или оригинален.

Не всякое множество камней может считаться коллекцией. Коллекционные камни должны быть объединены общей тематикой, представлять научный интерес, иметь декоративно-художественную и эстетическую ценность. При этом необходимо избегать повторений и не загромождать полки, превращая их в магазинный прилавок. Коллекционный образец должен быть эффектным, чтобы заинтересовать зрителя, раскрывать тематику коллекции, не быть поврежденным или слишком мелким. Коллекционный минерал красив тем, что дала ему природа, поэтому неприемлемо искусственное «облагораживание», подкрашивание, наращивание, по сути фальсификация. Достоинства минерала можно раскрыть чисткой, полировкой, но их нельзя создать. Рукотворные композиции превращаются в художественные изделия, но уже не могут считаться экспонатами минеральной коллекции. Также недопустимо относится к минералам потребительски, как сырью для поделок, бесчисленных шкатулок, особенно в отношении уникальных образцов[4, с. 65].

Важно помнить, что, несмотря на внешнюю прочность, минералы достаточно беззащитны, так как исчезают навсегда и безвозвратно. Необходимо проявлять бережное отношение к геологическим объектам: не разорять ценных и уникальных обнажений в погоне побольше урвать, наколотить трофеев, превратившись из собирателя в промысловика. Если на работающем карьере сбор является спасением минералов от неизбежной гибели в технологических отвалах, то разрушение естественных выходов — это геологическое браконьерство[4, с. 77-96].

Сбор материалов для коллекции можно разделить на несколько этапов. На начальном этапе важно собрать информацию о месторождении, продумать маршрут, подготовить инструмент. В рюкзаке собирателя самоцветов должен иметься геологический молоток, кирка, лопатка, зубила, ломики, лупа, полевая сумка-переноска, сито для сортировки, жесткая волосяная щетка, скальпель и иглы для чистки, кисть, клей, складной нож, компас, фотоаппарат, путеводитель, тетрадь, карандаш, ручка, перчатки, каска и аптечка. Дополнительно можно захватить веревку, нитки, скотч. Для бережной транспортировки заранее заготавливают упаковочные материалы: коробки для кристаллов, мешочки, пакеты, пузырчатую пленку, салфетки, газетную бумагу, пенопласт для хрупкого сырья, полиэтиленовые пакеты, ящики для перевозки.

Второй этап – работа в полевых условиях. Находясь на месте, необходимо соблюдать технику безопасности: запрещено находиться под глыбой, спускаться в провалы и обрушения, заходить за оползневые трещины, на запрещенные территории, работать вблизи проводов, кабелей. В карьере можно находиться только в светлое время, убедившись, что не работает техника, знать расписание взрывных работ.

После сбора материалы очищают, сфотографируют с указанием масштаба, сортируют, оставляя по паре одинаковых образцов, составляют первичное описание по внешним данным, а также схему местности и маршрут, так как незафиксированные детали быстро забываются, позже информацию бывает сложно восстановить, не исключены искажения. Перед транспортировкой каждый образец заворачивают отдельно, чтобы сохранить от досадных повреждений.

На заключительном этапе, в домашних условиях составляют список находок, где каждый камень получает номер и этикетку с информацией. Это станет основанием каталога коллекции. Характеристика минерала в коллекции будет включать номер, наименование по результатам диагностики, указание места находки, даты, размеры, особенности (включения, цвет, форма)[4, с. 26].

Для диагностики найденных минералов существует достаточное количество определителей минералов и горных пород. Диагностические характеристики включают блеск, твердость цвет черты, горючесть и плавкость, растворимость в воде и кислотах, цвет, побежалость, спайность, излом, плотность, ковкость и хрупкость, магнитность и др., которые изучаются в зависимости от возможностей исследователя и его оборудования. Наиболее полные исследования проводятся с применением микроскопов, гидростатических весов, кислот, паяльных трубок. В домашних условиях возможно определить такие физические свойства минералов как оптические (цвет, степень прозрачности) и механические (излом, цвет черты, магнитность). Для определения твёрдости в домашних условиях используют заменители – карандаш B с показателем твердости 1, ноготь (2-2,5), медная монета (3), железный гвоздь (4-4,5), оконное стекло (5), стальной нож (5,5-6), напильник с показателем до 7 [4, с. 104].

Исследованные образцы сортируют для составления коллекции, при необходимости подготавливают для экспонирования. Здесь можно проявить свой эстетический вкус и творческие способности. Действия по раскрытию достоинств экспоната включают шлифовку налетов и корок, которые мешают рассмотреть включения и рисунок, раскрытие пустотелых жеод, форматизацию – приближение бесформенных обломков к прямоугольной форме с достижением естественного вида сколов, ведь хорошо препарирован тот образец, который не выглядит препарированным. Однако, следует помнить, что жертвуя частью минерала, крайне важно делать это минералогически грамотно, не загубив редкости и ценности, важные детали, ведь препарирование – необратимый процесс, и лучше оставить образец, чем повредить его. Как отмечают ценители камня, как только минерал очутился в ваших руках, у него начинается новая жизнь, и от вас зависит сделать ее долгой и полезной[4, с. 130-139].

Коллекционные экспонаты размещают в витринах со стеклом и подсветкой, при необходимости на подставках для регулировки угла падения света. В лотках заполняют все имеющиеся отделы для создания эффекта законченности, соблюдая принцип единого калибра, продумывают цветовой фон. «Памятка начинающего коллекционера» представлена на рисунке 1.

Памятка начинающего коллекционера

• Заранее подготовь информацию о маршруте,

узнай, как выглядят минералы, которые ищешь

• Позаботься о безопасности

• Добывая образцы, оставляй красоту для

других людей, не разрушай природу

• Выбирай неисследованные места для сбора,

чтобы делать новые открытия

• Фотографируй и записывай информацию,

• чтобы не забыть важное

• Для коллекции выбирай уникальные и

интересные образцы привлекательного вида

Желаю удачи!

Рисунок 1. «Памятка начинающего коллекционера».

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Образцы для изучения в рамках данной работы были собраны летом и осенью 2024 г в д. Дрокино и п. Емельяново.Данные районы находятся выше по течению, чем территория экскурсионного маршрута, описанная в публикациях. Таким образом, изучение состава руслового аллювия на вышеуказанных участках будет способствовать выявлению новых данных.

На этапе лабораторных исследований в домашних условиях было подготовлено оборудование: рулетка, фонарик для определения степени прозрачности, цвета, неглазированный фарфор для определения цвета черты, молоток, магнит, дозиметр МКС-01СА1М, средства для определения твердости в домашних условиях - кристалл кварца (твердость 7), стальные ножницы (твердость 6), стеклянная пластинка (твердость 5). Для препарирования агатов взрослыми использовался резак для керамической плитки. 63 собранных образца были распределены по группам на основе визуальных характеристик, перечисленных в таблице 1.

Таблица 1. Сортировка найденных образцов

Из каждой группы для изучения были выбраны по 1-2 экземпляра для исследования. Единичные образцы решено было сохранить, не подвергая механическим воздействиям для изучения показателей хрупкости и излома. Определение типа данных минералов было сделано на основании совокупности остальных свойств. Каждому образцу каждому был присвоен номер, определен размер (в мм). В результате для формирования коллекции было оставлено 14 образцов.

Следующий этап был проведен на основе определителя минералов В. Г. Музафарова[5, с. 14-28]. Макроскопическим методом были исследованы физические свойства образцов: блеск, цвет, степень прозрачности, цвет черты, твердость, описана форма выделения минерала. Пестроцветные агаты и осадочная порода кремень также были препарированы и исследованы на тип излома. Кроме того, автором были проведены собственные исследования по показателям магнитности, радиоактивности (в мкР/ч), реакция с водой.

Определение минералов макроскопическим методом представлено в таблице 2, 3, 4.

Таблица 2. Определение минералов макроскопическим методом.

Таблица 3. Определение минералов макроскопическим методом (продолжение)

Таблица 4. Определение сопутствующих осадочных кремниевых пород

макроскопическим методом (окончание)

В ящике, где размещена коллекция, с помощью взрослых установлена подсветка, что позволяет рассматривать степень прозрачности и цвет образцов в проходящем свете. К коллекции прилагается описание с указанием номера, названия, размера, места и даты сбора, особенностей. Изображение составленной коллекции представлено на рисунке 2:

Рисунок 2. Коллекция «Самоцветы аллювиальных отложений р. Качи

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате исследований в аллювиальных отложениях р. Качи на изучаемой местности было выявлено преобладание минералов халцедона в виде окатанной гальки желтой и бурой окраски. Все минералы характеризуются различной степенью прозрачности, узорчатостью и заслуживают наименования «самоцветы».Единственный непрозрачный образец относится к сопутствующим осадочным горным породам кремнезема - яшма. Все образцы имеют достаточно высокую твердость: от 6.5 до 7.5 по шкале Мооса, с трудом распиливаются и шлифуются. Наиболее интересными находками, по мнению автора, стали яшма с красным цветом черты (не вошла в основной состав коллекции из-за сложности диагностики), узорчатый агат с рисунком в виде птички, агат с кристаллами кварца. Кроме самих минералов в аллювиальных отложениях изучаемых участков были выявлены сопутствующие кремниевые породы яшмы и кремня, а также минералы кварца с полевым шпатом.

В ходе собственной диагностики автором было выявлено, что ни один образец не обладает магнитностью, радиоактивность сохраняется в пределах нормы: от 13 до 21 мкР/ч. Интересные свойства были выявлены при контакте с водой: у пестроцветных агатов рисунок на срезе проявлялся ярче, у кварца выделялись кристаллы полевого шпата. У кремня и яшм цвет становился более насыщенным, а также наблюдался явный землистый запах, что может быть обусловлено загрязнениями донного вулканического пепла, пыли и глин при образовании пород в морской среде.

ВЫВОДЫ

Данное исследование является продолжением изучения темы «Кварц. Свойства и виды». Были изучены виды проявления кремнезема на территории своего города и окрестностей. Работа была осуществлена в несколько этапов, включающих изучение научной литературы, консультации с научными сотрудниками геологических музеев г. Красноярска. Практическое исследование было проведено на материале, собранном автором непосредственно на изучаемой территории. Результатом исследования явились памятка с правилами составления коллекций и собственная коллекция минералов.

Результаты работы демонстрируют возможность самостоятельного составления минералогических коллекций по руслу реки Качи, исследования в домашних условиях, доступность городских геологических музеев, сотрудники и научные работники которых представляют возможность глубже изучить геологию родного края, проводят консультации, разъяснения, предоставляют необходимую литературу.

СЛОВАРЬ ПОНЯТИЙ

Аллювий – наносы, отложения водных потоков в руслах, поймах и долинах рек.

Кремень – осадочная кремниевая порода на основе халцедона с примесями.

Кремнезём – минеральные соединения на основе оксида кремния.

Макроскопический способ –диагностика при помощи визуальной оценки.

Самоцвет – любой минерал с декоративными характеристиками, позволяющими использовать его в ювелирном и камнерезном производстве.

Халцедон – скрытокристаллическая разновидность кварца.

Яшма – сложносоставная осадочная горная порода на основе кварца и халцедона.

Яшмоид – поствулканическое образование, переходное звено между агатом и яшмой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ананьев С.А., Задисенский Ю.А., Ананьева Т.А., Бондина С.С. Ювелирные и коллекционные камни Енисейской Сибири: в 2 ч. Ч. 1. Красноярский край. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2024. 300 с.

2. Бетехтин А.Г. Курс минералогии (учебное пособие). М.: «КДУ», 2008. 542 с.

3. Годовиков А.А., Рипинен О.И., Моторин С.Г. Агаты. М.: Недра, 1987. 368 с.

4. Кантор Б. З. Коллекционирование минералов. М.: Недра, 1991. 187 с.

5. Музафаров В.Г. Определитель минералов, горных пород и окаменелостей. М.: Недра, 1977. 327 с.

6. О’Донохью М. Путеводитель по минералам для начинающих. Л.: Недра, 1985. 207 с.

7. Перфилова О.Ю., Махлаев М.Л., Сидорас С.Д. Ордовикская вулкано-плутоническая ассоциация в структурах горного обрамления минусинских впадин // Литосфера. 2004. №3. С. 137-152.

8. Сазонов А.М., Цыкин Р.А., Ананьев С.А., Перфилова О.Ю., Махлаев М.Л., Сосновская О.В. Путеводитель по геологическим маршрутам в окрестностях г. Красноярска. Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2010. 202 с.

9. Шуман В. Мир камня: в 2 т. Т. 2. Драгоценные и поделочные камни / В. Шуман: Мир камня. М.: Мир, 1986. Т. 2. 262 c.