VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Путешествие по дну палеозойского моря
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Природа родного Подмосковья живописна: леса, богатые разнотравьем луга и поймы, очаровательные реки и озера. Но от большинства жителей скрыт еще один пласт удивительного и прекрасного – геологические обнажения (геологи называют их разрезами). Я с раннего детства увлекался динозаврами и другими, давно вымершими животными. Интересом непосредственно к палеонтологии послужила находка моих сестер. Случайно в окрестностях Протвино они нашли камень с отпечатком древнего животного. Как оказалось – трилобита! Недавно я обнаружил, что у нас под боком, рядом с г. Серпухов находится геологический памятник, позволяющий заглянуть на миллионы лет назад в историю нашей планеты Земля.
Еще во время царствования Алексея Михайловича (1629-1676) на левом берегу р. Оки в городе Серпухове началось большое строительство. Для возведения монастырей и расположенных на возвышениях прекрасных церквей Серпуховского Кремля, требовалось огромное количество весьма почитаемого на Руси белого камня.
Ближайшая каменоломня находилась в местечке Заборье, это в 2,5 км от Высоцкого и в 4 км от Владычного монастыря. Позже карьер разрабатывал известковый завод, затем его сменил керамзитовый. В настоящее время разработка известняков в карьере прекращена.
В конце 19 в. русский геолог С.Н. Никитин детально изучил выходы известняков на поверхность в окрестностях Серпухова. Он обосновал существование, ранее неизвестного науке, «Русского карбона», получившего название Серпуховский ярус. Геологический разрез карьера «Заборье» послужил обоснованием для выделения Серпуховского яруса в международной стратиграфической шкале.
В 1975 г. на Международном Конгрессе по геологии каменноугольной системы было принято название Серпуховский ярус в качестве официального названия в Глобальной стратиграфической шкале, получив статус стандарта определенного отрезка времени в раннекаменноугольную эпоху.
Актуальность.
Геологические памятники природы (сокращенно ГПП) являются специфическими объектами природного наследия, которые, по сути, создают музеи под открытым небом. Они представляют большую научную, познавательную и образовательную ценность.
Разрез карьера «Заборье» фактически являясь ГПП, юридически такого статуса не имеет. Соответственно, на него не распространяется охранный режим, что со временем может привести к утрате уникального объекта.
Бережное отношение к геологическим памятникам природы, их сохранение и охрана являются не только национальной, но и общечеловеческой проблемой. Отношение к ним показатель общей культуры и патриотизма.
Проблема. В настоящее время разработка известняков в карьере «Заборье» прекращена. Закон требует от разработчиков его полной рекультивации – к 2030 году он должен быть засыпан землей и посажены деревья. Процесс рекультивации уже стартовал, а судьба ГПП неопределенна.
Цели работы: биостратиграфическое изучение серпуховского яруса нижнего карбона, разреза в карьере «Заборье» на территории г.о. Серпухова; поиск и исследование ископаемых биологического происхождения; создание дидактической учебной палеонтологической коллекции в виде модели-реконструкции «Обитатели Серпуховского моря каменноугольного периода»; создание короткометражного учебного видеофильма
«Путешествие по дну Палеозойского моря». Задачи:
1.Изучить материалы научной и отраслевой периодики, непосредственно связанные с темой исследования отложений нижнего карбона Московской синеклизы.
2. Провести в летний период полевые палеонтологические исследования в карьере разреза Заборье.
3. Собрать, определить и описать найденные окаменелости, систематизируя их экологические характеристики сред обитания.
4. Научиться диагностировать, обрабатывать и хранить фоссилии.
5. Создать дидактическую учебную модель-реконструкцию «Обитатели Серпуховского моря каменноугольного периода».
6. Написать сценарий для учебного видеофильма.
7.Выполнить натурные съемки на территории карьера «Заборье». 8.Изучить компьютерные программы для создания видеофильма.
9. Нарисовать сюжеты для мультипликации.
10. Написать текст озвучивания и подобрать фоновую музыку к фильму.
11. Произвести монтаж и вёрстку видеоматериала.
12.Подготовить презентацию работы к защите проекта.
Методы работы:
1.Литературный теоретический метод.
2. Методика палеонтологических исследований. Изучение ископаемых включает несколько последовательных операций: а) полевые сборы, б) химико-техническая обработка, в) научная обработка.
3. Метод моделирование.
4. Метод ИКТ.
5.Творческий метод.
6. Эмпирический метод.
2. Литературный обзор.
Проблема сохранения геологических памятников природы (ГПП) весьма актуальна. В большинстве стран природоохранные мероприятия регламентируются четкими и достаточно жесткими законами.
ГПП по российскому законодательству - это один из частных случаев памятника природы особо охраняемой природной территории (ООПТ). Четкого определения геологического памятника природы, закрепленного в законодательстве нет, в федеральном законе "Об особо охраняемых природных территориях" от 14 марта 1995 года № 33-ФЗ даже не прописана сама возможность выделения, как памятника природы, уникального геологического объекта. Это возможно только в качестве природного заказника. Геологические памятники серьезно отличаются от других ООПТ, т.к. часто требуют специфических охранных мер, порой даже запрещенных законодательно для памятников природы: расчистка и укрепление обнажений и др. [3]
Классификация геологических памятников по типам является во многом дискуссионной на сегодняшний день.
По признаку, представляющему основной научный интерес, выделяется восемь главных типов ГПП: стратиграфические, палеонтологические, минералогические, петрографические, тектонические, геоморфологические, гидролого-гидрогеологические и историко-горногеологические. В случае примерно одинаковой значимости двух или большего числа признаков памятник относится к комплексным. [3]
Разрез карьера «Заборье» является стратотипическим эталоном для международной стратиграфической шкалы. Весомо его значение для палеонтологии – здесь в каменноугольных отложениях обнаружены десятки новых для науки видов ископаемых животных. А если учесть, что разрез является и памятником истории науки, то можно утверждать – это комплексный ГПП, однако сегодня такого официального статуса он не имеет.
3. Основная часть.
Серпуховское море (330-317).
Большая часть второго огромного прогиба Русской платформы пришлась на вторую половину палеозойской эры, и Подмосковье на 100 млн лет ушло под воду. Море раннекаменноугольного периода напоминало озерный край, акватория которого не выходило за рамки Московской синеклизы. Серпуховский регион находился в это время на экваторе. Водный бассейн представлял собой настоящий аквариум ужасных рыб, а на берегах рос тропический лес из хвощей, папоротников и плаунов. Серпуховское море оставило после себя 70-иметровые толщи известняков и глин.
3.1 Экспедиция.
Объект: Карьер «Заборье» - расположен в 2 км к северу от левого берега р. Оки, в юго-восточной пригородной зоне г. Серпухова, где примыкает к зап. окраине пгт. Мирный; географические координаты 54°54' с.ш., 37°27' в.д.
Разработки в карьере прекращены. Из п. Мирный мы, как и положено палеонтологам, отправились пешим походом. Пройдя заросли колючих растений, мы вышли на равнину. Вдалеке виднелись уступы карьера, а вокруг то и дело попадались кремниевые булыжники (см приложение фото 2).
Карьер «Заборье» уходит вниз тремя большими уступами: I уступ, толщиной 11 м, содержит 10 слоев осадочных пород (1-10 слой), образованных древним Тарусским морем (331-326 млн. лет). Нумерация слоев идет снизу.
II уступ, толщ. 5,5 м, содержит 18 слоев осадочных пород (10-28 слой), образованных Стешевским морем (326-323 млн. лет).
III уступ, толщиной 14 м, содержит 26 слоев осадочных пород (29-53 слой), оставленных двумя морями – Стешевским (326-323 млн. лет) и частично Протвинским морем (323-317 млн. лет).
Рис.1 Уступы карьера «Заборье» [2]
В результате подъема грунтовых вод посредине котловины карьера образовалось небольшое озеро с приличной почти 10-метровой глубиной. Оно практически затопило нижний первый уступ, и доступа к нему не было.
Но в нашем распоряжении были второй и третий уступы карьера. Настоящей удачей стало нахождение чудом сохранившихся в двух местах номеров слоев. Их нанесли масляной краской студенты МГУ, проходившие здесь геологическую практику в далекие 70-е годы. Это помогло нам установить общую нумерацию слоев на месте и в дальнейшем фиксировать в каком именно слое происходили наши находки фоссилий. Здесь, в Серпуховском ярусе, учёными было найдено около 40 неизвестных науке видов организмов, обитавших миллионы лет назад [2]. Наибольшее количество интересных фоссилий (окаменелостей) нами было найдено в среднем уступе карьера. Здесь были и брахиоподы, и морские лилии, и коралловые полипы. Самой необычной находкой оказался большой фрагмент отпечатка рыбы или растения, классифицировать который не удалось.
Результаты поиска мы регистрировали в полевом журнале.
Палеонтологические наблюдения в условиях полевой экспедиции носили характер маршрутной съёмки. Наблюдения велись за обнажениями, выходами горных пород (известняка), окаменелостями на склонах карьера и прилегающей к нему территории. В походе собраны окаменелости животного происхождения, сфотографированы наиболее интересные объекты. Выбраны наиболее ярко выраженные образцы, типичные для описываемых окаменелостей (см фото 8,9). Для поиска и хранения ископаемых образцов мы использовали методики из пособия Г.Я. Крымгольца /5/, в которой изложены основы методики палеонтолого - стратиграфических исследований — полевых наблюдений.
3.2 Описание коллекции окаменелостей из карьеров «Заборье»
В результате выполненных лабораторных и камеральных работ удалось определить научное название видов фоссилий, которые мы определяли, используя пособие авторского коллектива: В.И.Зубов, Д.В.Лузина, А.П.Тимофеев /1/ и данные сайта "Аммонит.ру".
1, 2 – Брахиоподы. Тип Плеченогие. Класс Замковые, отряд Продуктиды Брахиоподы – своеобразные морские животные, достигшие довольно высокого уровня развития, но в силу своего прикрепленного образа жизни утратили некоторые прогрессивные эволюционные признаки (зрение и др.) Это организмы, обитающие в бассейнах с нормальной соленостью, лишь немногие приспособились к опресненным водоемам.
1 – род Gigantoproductus 2 – род Productus
3, 4, 5 – Коралловые полипы. Тип Кишечнополостные.
Класс - Кораловые полипы
3 – подкласс Табуляты, род Favosites
4 – подкласс Четырехлучевые, род – Bothrophyllum
5 – подкласс Четырехлучевые, род - Lithoostrotionella
Подкласс Табуляты – (3) это колониальные кораллы с хорошо развитыми днищами. Они образуют трубчатые известковые кораллиты. Представители рода Favosites состоят из плотно пригнанных друг к другу призматических трубочек, похожих на пчелиные соты, размер ячейки до 1 мм.
Подкласс Четырехлучевые кораллы - это вымершие, но широко распространенные до перми кораллы и одиночные, и колониальной формы.
Представители рода Bothrophyllum (4) были одиночными кораллами в форме изогнутого рога. Род Lithoostrotionella (5) – колониальный коралл, образующий кустистые или массивные колонии. Отдельные особи имеют цилиндрическую форму.
3. 4. 5.
6, 7, 8, 9 – тип Моллюски.
6 – класс Головоногие, подкласс Наружнораковинные отряд Аммонитиды
7 – класс Двустворчатые, отряд Разнозубые, род Mactra
8 - класс Двустворчатые, отряд Неравномускульные, род Pecten
9 –класс Двустворчатые, отряд Расщепленозубые, род Unio
6. 7. 8. 9.
Моллюски (мягкотелые) второй по распространенности тип животных, после членистоногих. Они обитают практически во всех зонах Мирового океана, пресноводных бассейнах и на суше (виноградная улитка, двустворки, кальмары, осьминоги, наутилус и др). Мягкое тело моллюсков заключено в кожистый покров – мантию, которая выделяет известковую раковину. Это высокоорганизованные животные с кровеносной системой, пищеварительными органами, половой и выделительной системами.
10, 11 – тип Иглокожие.
10 - подтип Прикрепленные, класс Морские лилии, род Encrinus
11 – подтип Неприкрепленные, класс Морские ежи
В современных океанах известно до 5 000 видов иглокожих (морские ежи, лилии, звезды и др). Морские лилии (10) - наиболее обширный класс иглокожих животных, в скелете которых четко выделяются корень, стебель и крона.
12 – тип Мшанки, род Polypora
Мшанки исключительно колониальные животные, обитающие преимущественно в морских условиях мелководья. Это бентосные организмы. Их колониальные постройки состоят из многочисленных особей – зооидов размером до 1 мм. Каждый зооид живет в ячейке и выделяет известковый и хитиновый скелет в виде цилиндрической, призматической трубки или причудливо – округлых форм. Мшанки появились в ордовике и живут в настоящее время.
4. 2-й этап работы – «Моделирование – реконструкция» .
Обработанные фоссилии я прикрепил при помощи клея ПВА на дно коробки, предварительно закрепив там песок с клеем. Затем я нарисовал иллюстрацию на тему: «Обитатели моря и прибрежной суши нижнего карбона». Созданная нами модель реконструирует придонную жизнь обитателей каменноугольного Серпуховского моря с использованием реальных окаменелостей животных того времени. Модель активно используется на уроках географии и биологии и вызывает живой интерес у учащихся.
Фото 1. Модель – реконструкция «Серпуховское море каменноугольного периода»
5. 3 этап работы - Экологический мониторинг карьера «Заборье».
Кто победит: памятник мирового значения или свалка? Поскольку разрез карьера «Заборье» не имеет официального статуса охраняемого геологического памятника, а местному серпуховскому домостроительному комбинату предписана рекультивация карьера к 2030г., то комбинат организовал здесь свалку бракованных бетонных изделий. (см. приложение фото 3,4)
Размер бедствия хорошо виден на спутниковом снимке. По нашим оценкам площадь составляет 80х150 м, то есть 12000 кв.м.
Геологический памятник мирового значения разрез карьера «Заборье» известен геологам всего мира уже на протяжении 100 лет и послужил обоснованием для выделения Серпуховского яруса в мировой стратиграфической шкале.
По этому разрезу сверяют свои данные геологи всего мира при определении геологического возраста отложений (см. приложение фото 5,6).
Утеря геологического разреза в этом карьере может привести к утрате приоритета русской науки и ликвидации в мировой геологической терминологии русского названия «Серпуховский ярус», существовавшего более столетия.
Изучая азы палеонтологии, я сталкивался с непонятными словами - «ярус, горизонт», а рядом с ними такими знакомыми и родными – «Серпуховский, Протвинский, Тарусский». И понял, что палеонтология – это не где-то в далеких странах, а рядышком, практически у нас под ногами. Меня переполняла гордость за наших ученых, внесших достойный вклад в геологическую и палеонтологическую науки. Это здорово помогло мне для преодоления трудностей в изучении этой непростой науки - палеонтологии.
Надеюсь, что геологическому памятнику мирового значения законодательно придадут статус Особо Охраняемого природного комплекса (ООПТК). Было бы замечательно создать здесь палеонтологический музей под открытым небом. А приходящие сюда ребята смогут сами расшифровывать страницы каменной книги и восстанавливать геологическую историю родного края. Экскурсанты смогут любоваться известняками и доломитами, разноцветными кремнями с друзами мелких кристалликов кварца, мергелями и удивительным «глиняным картоном» невообразимых красок. Но самое главное – это окаменелости: губки, кораллы, морские лилии, мшанки, гастроподы, брахиоподы, морские ежи, остатки морских рыб…
6. 4-ый этап – Создание образовательного видеофильма с элементами мультипликации на тему: «Путешествие по дну Палеозойского моря».
Мой видеофильм (приложение №1) рассчитан на аудиторию учеников начальной и средней школы. Переосмыслив изученную научную информацию, я пришел к выводу, что геологическая история прошлого и настоящего нашей родной Земли является ярким и поучительным примером для экологического воспитания ребят. Как легко уничтожить любой памятник природы, и каких огромных общих усилий, времени и знаний требуется для его возрождения!
На основании изученной научной информации и материалов полевых экспедиций я написал сценарий к фильму.
Мы совершили экскурсию в карьер «Заборье», расположенного в 5 километрах от г.о. Серпухова для работы над съёмкой видеоматериала. Наша маленькая съемочная группа (автор работы и его папа) получила много полезной информации и положительных эмоций. Здесь была произведена видеосъёмка и новый поиск ископаемого материала, которые были использованы для созданного впоследствии видеофильма.
Вторую часть видеофильм я снимал в своей квартире за рабочим столом, используя для съёмки фоссилии из собранной коллекции.
6.1 Создание мультипликационных фильмов. Анимация Pencil 2D
Движение – это жизнь, а может быть, еще и искусство. Искусство анимации в том числе. Ведь это слово латинского происхождения (от лат. anima - душа) буквально означает «оживление, вдохновение». Наиболее популярная форма – мультипликация, представляющая собой серию рисованных движений». Да, мои мультфильмы – это традиционная рисованная анимация, созданная в программе Pencil 2D animation.
Мне кажется, что утверждения о скорой смерти 2D-анимации беспочвенны. Секрет очарования этого вида искусства прост: люди обожают рисовать (особенно если эти люди – дети!).
Немаловажно, что Pencil 2D animation – это бесплатное программное обеспечение. Программа без проблем запускается на разных платформах – MS Windows, Linux, Mac OS. Наличие графического планшета обязательно. Проекты, создаваемые в программе, могут включать несколько слоев - как растровых, так и векторных. Нарисовав картину при помощи кисти, карандаша, ручки или других инструментов, мы можем ее раскрасить, заставить отбрасывать тень и применить другие эффекты. Анимация происходит покадрово, методом добавления и редактирования каждого кадра. Конечно, этот процесс трудоемок и кропотлив, но результат того стоит!
Фильм сохраняет и передает неуловимую прелесть руки художника. Готовую работу можно импортировать в видео форматы AVI, MOV, WMV, сохранять как последовательность изображений или как отдельное изображение в JPG или SVG.
Проработка ролика требует как описания идеи, концепта, так и полного написания сценария с последующими этапами: раскадровка, аниматик, наложением звука, анимацией и монтажом. Зная о любви ребят к мультфильмам, нарисовал мультипликационные эпизоды о обитателях палеозойского моря: морской лилии, одиночного коралла – ругозы, аммонита, большой панцирной рыбы и гигантской акулы Эдастус. А чтобы было интересно, погрузился и сам в роли анимационного аквалангиста в воды древнего моря.
Озвучивание.
В данной программе есть возможность использовать аудиодорожку, но для наших целей необходимо иметь несколько звуковых дорожек (музыка, шум ветра…). Для монтажа и работы со звуком я использовал программу ВидеоШОУ. А также применил к ролику запись с микрофона, тонкими настройками отредактировал анимацию. Я сам выступил рассказчиком в фильме.
Выводы:
1.В работе приведены результаты палеонтологического исследования каменноугольных пород разреза в карьере «Заборье» г.о. Серпухов. В экспедиции нами найдено 17 фоссилий. Зафиксированы их места расположения в пластах разреза.
2.Фоссилии обнаружены в пластах Стешевского горизонта и имеют возраст 323-326 млн лет.
3.Определены научные названия видов найденных фоссилий и описана их биология и экология.
4.На базе собранной и обработанной коллекции фоссилий создана модель – реконструкция «Серпуховское море каменноугольного периода».
5.Экологический мониторинг показал: началась рекультивация карьера, организована свалка бракованных бетонных изделий. Официальный статус ГПП за разрезом карьера «Заборье» не закреплен.
6.Создан образовательный видеофильм с элементами мультипликации на тему: «Путешествие по дну Палеозойского моря».
7. Материал работы активно используется на различных экологических мероприятиях в лицее и педагогических семинарах в целях геоэкологической пропаганды и в образовательных целях. Ссылка на видеофильм размещена в соцсети https://yadi.sk/i/IkSDKS4bIO9Lmw
Заключение.
Найденные в экспедиции фоссилии обнаружены в пластах Стешевского горизонта и имеют возраст 323-326 млн лет. Зафиксированы их места расположения в пластах. Определены научные названия видов найденных фоссилий. Официальный статус ГПП за разрезом карьера «Заборье» не закреплен. Геологический памятник мирового значения разрез карьера «Заборье» известен геологам всего мира на протяжении 100 лет. По этому разрезу сверяют данные во всем мире при определении геологического возраста отложений Серпуховского яруса. Утеря разреза в этом карьере может привести к утрате приоритета русской науки и ликвидации в мировой геологической терминологии названия «Серпуховский ярус», о чём необходимо информировать население. Надеемся, что и наша работа внесёт свою малую толику в решение данной проблемы, а у студентов и школьников останется место для проведения палеонтологических и геологических экспедиций – природная лаборатория. Старинный город Серпухов добился статуса членства в главном туристическом маршруте России «Золотого кольца», а значит и для туристов разрез карьера «Заборье» может стать объектом природного наследия – геологическим и стратиграфическим памятником природы Московии и России.
Список используемой литературы:
1.В.И.Зубов, Д.В.Лузина, А.П.Тимофеев. Основы палеонтологии. Учебное пособие. Издание второе, исправленное и дополненное. МГОУ; М.,2010
2.Б.С.Мамонтов, Д.Б.Мамонтов. Каменные страницы. Морская история. -М.: КРАСАНД, 2009. – 56 с
3. Карпунин А.М., Мамонов С.В., Мироненко О.А., Соколов А.Р. Геологические памятники природы России: К 300-летию горно-геол. службы России (1700-2000). СПб.: 1998, 200 с
4. Стародубцева И.А., Сенников А.Г и др. (2008) Геологическая история Подмосковья в коллекциях естественнонаучных музеев Российской академии наук. М.: Наука. С.22-32; 36-56.
5.Г.Я. Крымгольца «Методика сбора и обработки палеонтолого - стратиграфического материала» в помощь геологу - стратиграфу. Издательство ленинградского университета. Ленинград. 1954 г
Фотоприложение:
Фото 2. Вид на карьер Фото 5. Разрез карьера «Заборье
Фото 3. Свалка –первое, на что обращаешь внимание.
Фото 4. Карьер «Заборье». Съемка спутника
Свалка бракованных бетонных изделий в карьере «Заборье».
Фото 6,7. Палеонтологический поиск на разрезе.
Фото 8,9. Систематизация собранных фоссилий