VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Удивительный мир пещер

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лобова А.А. 1

---

1ГБОУ СОШ №20 Невского района Санкт Петербург

Орехова Д.В. 1

---

1ГБОУ СОШ №20 Невского района Санкт-Петербург

Работа в формате PDF

503.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Подземелье, сотворенное природой, всегда тянет и манит своей таинственностью. Оказавшись в пещере, попадаешь в другом необычайно красивом мире. В мире, о котором в своей обычной жизни не имеешь никакого представления. В нашем бурлящем мире, носятся машины, звонят телефоны, суетятся люди, шумят листья на деревьях , и беспрестанно мелькают картинки на экранах телевизора. А там, под землей, на глубине 50-100 метров, ничего этого нет. Там царит абсолютная тишина, и лишь мерный перезвон капели нарушает ее. Изолированность от остального мира настолько полная, что наш реальный мир там кажется уже абсолютно нереальным.Размеры пещер, которые порой сравнимы с авиационными ангарами или спортивными аренами, а также заполняющие их гигантские наплывы сталагмитов и сталактитов, возвышающиеся среди подземных зал и свисающие причудливыми образованиями с потолков. Но самое главное, что вызывает чувство прикосновения к чему-то потустороннему, так это осознание того, насколько здесь все неизменно тысячелетиями.

Описание работы.

В ходе своего исследования, чтобы решить поставленные задачи, мне предстояло изучить научные статьи и результаты спелеологических исследований. Спелеология - это наука, которая занимается изучением пещер. Кроме того, я решила провести эксперимент по выращиванию сталактита в домашних условиях.

Для начала мне нужно было узнать всё о пещерах - что это такое и как они образуются? Нужную теоретическую информацию я нашла в энциклопедиях и на сайтах в Интернете.

Актуальность исследования.

Однажды перелистывая энциклопедию, меня заинтересовало удивительные красоты пещер, находящихся там сталактитов, похожие на застывший водопад. Прочитав, о пещерах,о их разновидностях и узнав, что сталактиты образовавшиеся в Карстовых пещерах, растут очень медленно, со скоростью несколько миллиметров в год! А нельзя ли ускорить процесс образования и роста сталактитов в домашних условиях? На этот вопрос я попыталась найти ответ в своей работе.

Цель работы: изучить удивительный мир пещер и установить, что скорость роста сталактита в домашних условиях будет больше, чем в естественных условиях пещер.

Гипотеза: предположим, чтосталактит, выращенный в домашних условиях, будет иметь внешнее сходство с природным сталактитом.

Задачи исследования:

1.Узнать какие бывают пещеры

2.Какие люди изучают и исследуют мир пещер

3.Экспериментально проверить влияние домашних условий для роста сталактита;

Практическая значимость работы – результаты данной работы могут быть использованы на уроках географии; во внеурочной деятельности.

Основная часть.

1. Происхождение пещер. Изучением пещер занимается наука, которая называется спелеология. По происхождению пещеры можно разделить на пять групп. Это эрозионные пещеры, ледовые пещеры, вулканические пещеры, тектонические пещеры, и самая большая группа - карстовые пещеры. Именно карстовые пещеры имеют наибольшую протяжённость и глубину. Пещеры образуются вследствие растворения водой породы. Поэтому карстовые пещеры встречаются только там, где залегают растворимые породы: известняк, мрамор, доломит, мел, а также гипс и каменная соль.

Известняк, а тем более мрамор, растворяются чистой дистиллированной водой очень плохо. В несколько раз растворимость повышается, если в воде присутствует растворённый углекислый газ (а он всегда растворён в воде, в природе), однако всё равно известняк растворяется слабо, по сравнению, скажем, с гипсом или, тем более, солью. Но оказывается, что это положительно сказывается на образовании протяжённых пещер, поскольку гипсовые и соляные пещеры не только быстро образуются, но и быстро разрушаются.

Огромную роль при образовании пещер играют тектонические трещины и разломы. По картам исследованных пещер очень часто можно видеть, что ходы приурочены к тектоническим нарушениям, которые видны на поверхности. Также, разумеется, для образования пещеры необходимо достаточное количество водных осадков, удачная форма рельефа: осадки с большой площади должны попадать в пещеру, вход в пещеру должен располагаться заметно выше того места, куда разгружаются подземные воды и т. п.

2 Украшения из галереи пещеры.Как же образуются украшения пещер? Вода, попадающая в пещеру, испаряясь, оставляет известь. Там, где она постоянно капала с одних и тех же мест, появились тонкие полые трубочки длиной в несколько метров. Эта «соломка» из соды может засориться и превратиться в похожие на сосульки сталактиты, которые свешиваются в виде сосулек, трубок, бахромы с потолков и верхних частей стен карстовых пещер. «Соломка» также образует волнообразную драпировку, ниспадающую со сводчатых потолков.

Если вода капает в маленькие углубления, то песчинки постепенно покрываются мягкой известью и получается блестящий пещерный жемчуг. А в некоторых пещерах образовались еще более изысканные украшения. Это хрупкие пучки игольчатых кристаллов, а также скрученные, похожие на червячков трубочки (геликтиты), которые растут в разных направлениях.

Мельчайшие частички солей различных минералов, растворённые в воде, раскрашивают сталактиты в разные цвета: розовые, желтые, синие, красные, черные и даже радужные.

3.Возникновение сталактитов.

Сталактиты возникают в результате процесса, который называют – карст (карстовый процесс). Суть процесса заключается в следующем: кальцит, основной компонент известняка, растворяется дождевой водой. Когда известняк обнажается на земной поверхности, вода просачивается по мелким трещинам породы и растворяет её. Со временем эти трещины расширяются, формируя характерный карстовый ландшафт с системой подземных пещер, созданной грунтовыми водами.

Вода, насыщенная известняком, по мельчайшим трещинкам добирается до потолка уже созданной пещеры и повисает на нём. Постепенно, очень медленно, капля испаряется, а известняк оседает на потолке. Через некоторое время в это место приходит следующая капелька и опять откладывает известняк. Постепенно известняк накапливается на этом участке потолка, и образуются большие «сосульки» - сталактиты.

Но не весь известняк оседает на потолке и даёт рост сталактиту. Под собственной тяжестью часть капель падает на пол, и снизу навстречу сталактиту растет сталагмит (от греческого слова stalagma – капля). Когда сталактит и сталагмит соединяются и срастаются между собой, образуется колонна сталагнат.

И сталактиты, и сталагмиты, и колонны бывают очень больших размеров — десятки метров в высоту и несколько метров в диаметре. Скорость их роста зависит от температуры и степени сырости в пещере, от  толщины слоя известняка над пещерой и от количества воды, попадающей в пещеру. А самым длинным свободно свисающим сталактитом считается огромная каменная сосулька в Груга-до-Жанелао (Бразилия), длиной 12 м. А самым высоким сталагмитом в мире сейчас считается 63-метровый гигант в пещере Лас Вильяс (Куба). Когда вода перестаёт попадать в пещеры, сталактиты перестают расти, а пещера считается «мёртвой».

Возраст сталактитов и сталактитовых колонн нельзя определять, по их размерам и толщине. В разных пещерах, даже в разных залах одной и той же пещеры условия образования и роста сталактитов могут быть совершенно разные. В разрезе можно увидеть, что внутри сталактит состоит из колец, по которым можно узнать, какой климат был на Земле в период их образования. Толстые кольца означают влажный климат, а тонкие кольца говорят о сухом климате. Для сравнения, ширина кольца сибирского сталактита составляет 15 мм – а это в 50 раз больше, чем самое широкое кольцо из Карлсбадских пещер. Так происходит потому, что Карлсбадские пещеры находятся в пустыне штата Нью-Мексико, где выпадает очень мало осадков, даже в более влажные года. Сталактиты могут образоваться из многих растворимых веществ, но самые распространённые это:

Кальцитовые (известняковые) сталактиты

Гипсовые сталактиты.

Соляные сталактиты.

Ледяные сталактиты.

4.Пещеры рекордсмены

Экспериментальное исследование.

Изучив все эти вопросы, стало понятно, что вырастить кальциевые сталактиты дома невозможно.Но в природе бывают ещё гипсовые, ледяные и соляные сталактиты. – Поэтому я решила вырастить соляной сталактит - аналог природного гипсового, которые образуются не путём химического осаждения минералов, а за счёт испарения воды из насыщенного раствора

Причины, по которым можно вырастить сталактит в домашних условиях:

1. В помещении влажность воздуха ниже, а температура выше, что приведёт к более быстрому испарению капли жидкости.

2. Количество падающих капель в домашних условиях будет больше.

3. Количество растворённого вещества будет максимальным, что приведёт к более быстрому осаждению частичек сталактита.

Этапы проведения эксперимента:

2.1. Проведение эксперимента. 17 ноября 2019 года я начала проведение экспериментов по выращиванию сталактитов.

2.2. Для эксперимента по выращиванию сталактита мне потребовалось: 1.Два стакана 2.Нитка 3.Скрепки 4.Вода 5.Соль ( я взяла 2 вида: Английскую и поваренную) 6. Блюдце.

2.3. Приготовление насыщенного раствора соли. В оба стакана я налила горячую воду, и, постоянно помешивал, в каждый стакан всыпал соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться.

2.4. Мы с мамой поставили стаканы на полотенце на некотором расстоянии друг от друга, соединили их нитью так, чтобы ее большая часть провисала между ними, а концы касались дна в каждом стакане. Подставили блюдце под провисающую нитку.

2.4.Насыщенный раствор движется по нити к провисшему центру, зависает в виде капли. Часть капает на блюдце, часть воды испаряется, а вещество остается на нити и нарастает.

2.6. Контроль роста сталактита. Периодически контролировала рост и проводили «фотосессию» для сталактитов.

3 день эксперимента: Сталактит начал расти(Рис.7)

5 день эксперимента: Сталактит почти доставал концом до блюдца(Рис.8)

7 день эксперимента(последний день, окончательные замеры):Сталактит достиг примерно 6 см(поваренная соль).Сталактит достиг примерно 4 см 5 мм(английская соль)(9,10,11)

Обработка результатов эксперимента.По окончании эксперимента мы провёли исследования размеров и формы сталактитов, результаты которых занёсли в таблицу 1.

Заключение.

По результатам проведённого эксперимента можно сделать вывод о том, что гипотеза подтвердилась: соляной сталактит, выращенный в домашних условиях, по форме похож на природный сталактит. Вырос он гораздо быстрее, чем в естественных условиях пещер (всего за 7 дней он вырос, а в пещере понадобилось бы около 15 лет.)

Во время выполнения исследовательской работы я узнала много нового и очень интересного о таинственном мире пещер. Научилась выращивать сталактиты. С результатами своего исследования ознакомила учеников нашего класса. Оказалось, что многие из них не знали, что такое сталактит. Когда я спрашивала что это, кто-то отвечал, что это цветы, кто-то сосулька, а кто- то путал с названием болезни. Многие теперь признаются, что тоже хотят вырастить свой сталактит и побывать в настоящей пещере.

Мне тоже кажется, что очень интересно оказаться на месте,где капли могут капать десятки тысяч лет в одну и ту же точку, из чего и вырастают подземные каменные цветы. В будущем году я хочу побывать в Саблинской пещере и увидеть настоящие сталактиты и сталагмиты.

Список используемых источников

Хочу всё знать. / Камни и минералы –М, Ридерз Дайджест, 2010-стр. 22

Хочу всё знать. Книга для самостоятельной работы. / Камни и минералы-М, Ридерз Дайджест, 2010- стр.21

Информация с интернета

Брокгауз Ф.А., Эфрон И.А. Энциклопедический словарь [Текст]: энциклопедия/ Брокгауз Ф.А., Эфрон И.А.

Давид Э. Портнер. Пещеры. [Текст]: энциклопедия/ Давид Э. Портнер. - М: Слово/Slovo, 1997.

Дублянский В.Н. Занимательная спелеология [Текст]: / Дублянский В.Н. Рожденные во тьме. – У: Урал LTD, 2000 глава 9.

Иллюстрированный энциклопедический словарь. / Энциклопедия - М: Ридерз Дайджест, 2002 – стр. 343

Кунгурская пещера// Фотогалерея с интернета.

Мальцев В.А. Ещё раз о сталактитах с «внутренним» и «внешним» питанием.

Энциклпедия для детей. // Геология. [Текст]:/ Энциклопедия – М: АВАНТА+, 1995.

Энциклопедия природы России. // Минералы и горные породы. [Текст]:/ Энциклопедия - М: ABF, 1998.

Сталактиты и сталагмиты в некоторых случаях могут соединиться, превратившись в колонну, называемую сталагнатом. образование пещер