АССОЦИАЦИЯ «ОРЕНБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТСКИЙ (УЧЕБНЫЙ) ОКРУГ»

XXI КОНКУР ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЕЖИ И СТУДЕНТОВ ОРЕНБУРЖЬЯ

Секция краеведение

Известняк – природный камень

Ученица 5 класса МОАУ «СОШ № 35» г. Оренбурга Бектова Ульяна Сергеевна

Школьный учитель Белова А.П. учитель географии и биологии

Оренбург 2023

Тема: Известняк – природный камень

Содержание

Введение

Известняк – это осадочная порода, в ходе образования которой формируется пористый камень различной плотности и оттенка с обилием в составе кальцитов (известковых шпатов).

Так что же такое камень — известняк? Как и любая горная порода, известняк — продукт длительного изменения и отвердения морских осадков, которые и сформировали множество его разновидностей, но все они близки по химическому и минеральному составу. Этот камень, имеющий одно родовое название «известняк», может быть слабый и крепкий, легкий и тяжелый, белый и черный, серый и желтый. Цвет известняка зависит от содержащихся в нем примесей других элементов. Так, углерод придает ему черную окраску, а железо — желтую. Крепость предопределяется условиями, при которых осадок, возникший на дне морей и океанов из окаменелых остатков скелетов бесчисленных организмов, живших в глубинах морских вод, превращается в горную породу.

Камень-известняк может быть твердым, как железо, и мягким, пористым, похожим на сыр. Но без него в мире не было бы таких прекрасных памятников архитектуры, как собор Парижской богоматери, храм Покрова на Нерли и пирамиды в Египте. Ведь все эти грандиозные и величественные сооружения целиком построены из известняка, хотя в разное время и в разных частях земного шара.

Целью моей работы является изучение известняка.

Задачи исследования:

посмотреть и прочитать книги о известняке; Узнать из интернета о свойствах камней;

Изучить свойства известняка и его применение в других областях; Исследовать образцы камня

Предмет исследования: природный (натуральный камень).

1. Происхождение известняка

Считается, что известняк существует уже более трех миллиардов лет, с докембрийской эпохи. Мелководные моря создали идеальные условия для появления карбоната кальция, который возник под водой как результат скопления биологических отложений.

Биоаккумуляция карбоната кальция происходит в (предпочтительно морской) воде при температуре 25-30 °C и в присутствии кораллов, водорослей и ракушек. Вода не должна быть слишком глубокой, чтобы к организмам попадал солнечный свет. Лучше всего для этой цели подходят тропические мелководные моря.

Живые морские организмы, большие и малые, имеют очень важное значение в зарождении известняка. Развиваясь на глубине моря в огромных количествах, эти морские обитатели невероятно быстро размножаются, но также быстро и погибают.

Микроорганизмы успевают за время своего существования извлечь из воды достаточное количество извести, чтобы обустроить на своем теле

надежную защиту в виде панцирей или разнообразных ракушек. Впоследствии скелеты умерших микроорганизмов залегают на морском дне целыми пластами.

С течением времени эти пласты прессуются водной массой, становятся прочными и в итоге превращаются в камень, главной составляющей которого является кальцит. В итоге, количество карбоната кальция составляет 60% от общей массы известняка. Остальную часть составляют углекислый газ и незначительные глинистые примеси. Именно примеси окрашивают известняк в разные цвета.

Вследствие континентального дрейфа в настоящее время карбонатные отложения различных эпох встречаются по всей планете.

Ураганы, сильные течения и волны разрушают и естественным образом измельчают кораллы, водоросли и ракушки. Образующийся в результате песок оседает на дне морей и со временем перемещается по горизонтали. За период от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет из этих отложений образуется известняк, который затем под давлением вышележащих отложений уплотняется и цементируется.

Слоистые отложения можно узнать по видимым плоскостям напластования. Рифовые отложения отличаются холмообразной формой и массивной текстурой породы.

Как в результате движения тектонических плит образовались горы, так и карбонатные отложения с морского дна и даже большей глубины вышли на поверхность Земли, став не только видимыми, но и пригодными для разработки.

Формирование карбонатов началось миллиарды лет назад и продолжается по сей день.

2. Свойства и виды известняка

Свойства камня разнятся в зависимости от источника происхождения и напрямую зависят от структуры материала. Даже в одном месторождении могут встречаться залежи с различной плотностью, объемной массой и прочностью. Более плотные кристаллические породы хорошо полируются, пористые (например, ракушечник) – легко пилятся и обтесываются.

Физические характеристики материала:

• Плотность – 2700-2900 кг/м³.
• Объемная        масса        –        от        800        кг/м³        (ракушечник)        до        2800        кг/м³ (мраморизированные породы).
• Твердость по шкале Мооса – 3.
• Предел прочности при сжатии – от 0,4 МПа (ракушечник) до 300 МПа (кристаллический).

Основа известняка – карбонат кальция (50-95%). Остальное – это кварц, доломит, полевой шпат и другие минералы (5-50%). Именно из-за наличия в составе минералов камень имеет различные оттенки. Цвет известняка преимущественно белый, но в природе в обилии встречаются породы светло-серого, светло-желтого, красноватого, зеленого, бурого оттенка. Существует даже черный известняк – в его составе в обилии присутствуют нефтепродукты.        В целом камень известен мягкими, пастельными тонами и ненавязчивыми цветовыми сочетаниями.

Физически и химически камень-известняк не слишком устойчив. Он растворяется в воде (пусть и медленно), поэтому при использовании камня в отделочных работах он обрабатывается водоотталкивающими составами. Особенно уязвим минерал к воздействию кислот (в частности, уксусной, серной, соляной), причем реакция протекает бурно и быстро, с образованием углекислого газа. В природных условиях это чревато образованием карстовых пустот, зачастую внушительных размеров. Морозостойкость камня существенно меняется в зависимости от пористости и наличия трещин. Наибольшую морозостойкость (до 400

циклов) имеют мраморизированные породы с плотной кристаллической структурой.

По структуре камень делится на такие виды:

• Кристаллический – плотный минерал, по своей структуре близкий к мрамору. Хорошо полируется за счет мелких пор, морозоустойчив.
• Органогенно-обломочный – это всем известный ракушечник, состоящий из остатков морских организмов. Хорошо обрабатывается (пилится, обтесывается), имеет большую пористость. К этому виду также относят рифовый известняк, крайне богатый на остатки морской фауны, и обычный мел – слабосцементированную карбонатную породу (фактически, затвердевший ил теплых морей).
• Обломочно-кристаллический – органогенный детрит, образованный из фрагментов растений, раковин и скелетов животных. Несмотря на мелкие поры, имеет малую прочность и высокую степень водопоглощения.
• Натечный (известковый туф) – формируется в стоячих и проточных подземных водоемах из нерастворимой соли, которая под давлением уплотняется. Камень из стоячих водоемов более плотный, из проточных

– пористый и хрупкий.

По происхождению камень делится на:

• Биогенный –        это        отложения        карбонатных        остатков        морских организмов с небольшой долей карбонатного цемента.
• Хемогенный – образуется в соленой воде или подземных источниках (тот самый туф) путем осаждения извести.
• Обломочный –        образуется        из        угловато-окатанных        обломков известняковых пород в ходе их раздробления и смыва.
• Смешанный –        следствие одновременного протекания нескольких процессов, в ходе которых формируются карбонатные материалы.

Под воздействием высоких температур и давлений известковая порода постепенно уплотняется и становится более твердой, а ее зернистость уменьшается. В результате получается мрамор – по сути, метаморфизированный известняк с плотной кристаллической структурой. Резкого фазового перехода не происходит, мрамор формируется постепенно, поэтому в природе встречаются промежуточные варианты (например, мраморизированный известняк, одновременно плотный и легко поддающийся резке).

3. Исследование природного камня

Опыт № 1

Определение наличия кальция в образце камня

Известняк – это камень, в котором содержится большое количество кальция, который вступает в реакцию с кислотами.

Для того, чтобы определить наличие кальция, возьмем камень и нальем на него уксус 9%. Камень вступает в реакцию с уксусом и начинает шипеть, т.е. выделяется газ. Это говорит о том, что в его составе есть кальций. Следовательно образец - известняк

Опыт № 2

Определение морозостойкости испытуемого образца известняка.

Морозостойкость — сопротивление камня совместному воздействию увлажнения и низкой температуры. Коэффициент морозостойкости характеризует отношение предела прочности при сжатии сухих образцов и после замораживания и показывает влияние мороза на прочность камня.

Возьмем два образца одного камня. Образец № 1 поместим в сосуд с водой для насыщения влаги на одну неделю. После помещения камня в воду начали выделяться пузырьки воздуха, следовательно камень пористый. Затем поместим оба образца в морозильную камеру на трое суток.

После оттаивания произведем механическое воздействие на оба образца с помощью слесарных тисков.

Образец № 1 под небольшим механическим воздействием подвергается разрушению, а образец № 2 – не разрушается.

Исследованием мы установили, что испытуемый образец известняка не является морозостойким под воздействием влаги.

Такой        камень в строительстве        можно применять        в конструкциях, исключающих воздействие влаги.

4. Добыча известняка

Горообразовательные процессы, происходившие во многих районах Земли, смяли карбонатные породы в мощные складки. Самые глубокие скважины теперь погружаются в эти породы на несколько километров. Они проходят сквозь карбонатные отложения, чередующиеся, как в слоеном пироге, то с глинами, то с углем или песчаниками. Более чем десятую часть отложений, осадочным покровом одевающих нашу планету, занимают известняки. В них, глубоко под землей, по карстовым пустотам пещер текут подземные реки, ручьи, выбегая на поверхность родниками. Почти все страны обладают таким каменным богатством. Белые мягкие слоистые известняки обычно залегают неглубоко. Их добывают не только в карьерах с поверхности, но и в штольнях под землей. Мягкие известняки

— ракушечники Керчи и Одессы, Парижа и других городов мира — добывали в таких количествах, что под улицами возникали подземные

галереи. Горная известковая порода в природе встречается повсеместно, ее можно найти во многих речных или морских водоемах. Известняк в России добывают на Урале, в Поволжье, в Архангельской, Тульской, Ленинградской областях, на Северном Кавказе, в Краснодарском крае.

За рубежом известняк добывают в Испании, Турции, Италии, Греции, Израиле, особой популярностью пользуются испанские сорта камня, которые отличаются эстетичностью и долговечностью. Немало месторождений открыто в Средней Азии, на территории Африки, также запасы известняка имеются и в Северной Америке (горная система Аппалачи).

Одним из самых перспективных месторождений известняка считается открытое в 2015 году Ждановское месторождение (Оренбургская область), где в настоящее время идѐт промышленная добыча известняка «Сармат». Месторождение поставляет известняк с высокими качественными показателями, имеет крупные запасы и неглубокое залегание пластов.

Добыча породы производится различными способами:

• взрывным методом;
• с помощью специализированных экскаваторов;
• с применением фрезерных комбайнов.

Самый простой и менее затратный способ – с использованием пиротехники, в результате взрыва удается получить камни самых разных размеров (от крупных валунов до мелкой крошки). Добытая порода вывозится на камнеобрабатывающее предприятие, где она сортируется и проходит обработку.

При экскаваторном методе машина вместо ковша оснащается специальным оборудованием, позволяющим разрыхлять породу. Затем насадка снова меняется на ковш, чтобы собрать измельченный камень и отправить его на переработку.

Применение фрезерных комбайнов является наиболее выгодным способом в карьерных работах, так как при этом нет выброса продуктов

горения от взрыва, мелкой пыли, не нарушается устойчивость откосов карьера. При этом методе можно добиться нужной ширины породных блоков, не требуется дополнительная обработка известняка.

5. Область применения известняка

История известняка в архитектуре, строительстве и зодчестве исчисляется тысячелетиями. Известно, что на территории современной Турции люди строили дома из известняка еще 14 000 лет назад. Пирамида Хеопса в Египте, Стена Плача в Иерусалиме, город Пальмира в Сирии – все это известняк. При строительстве Великой Китайской стены использовался известковый раствор, в Древнем Риме из камня научились делать мозаику.

Известняк – универсальный материал, нашедший применение в производстве, сельском хозяйстве, строительстве, дизайне помещений. Сфера применения камня различается в зависимости от его происхождения, физических характеристик, состава.

Известняк — наиболее популярный камень из всех каменных пород. Главное его назначение — изготовление строительных материалов — щебня, стенового и облицовочного камня, извести. С помощью материалов, полученных из известняка после измельчения или обжига, очищают ткани и обезжиривают кожу; их используют в металлургии для плавки руд, при производстве бумаги, сахара, стекла. Этот камень, чрезвычайно разнообразный по цвету, структуре и текстуре, поистине универсален.

В строительстве особенно ценным оказался белый плитчатый мягкий известняк. Древняя Русь оставила нам изумительные белокаменные памятники архитектуры. Могучие соборы Владимира и скромные церкви Подмосковья, сложенные из белого известняка, запечатлели свою эпоху каменным почерком зодчих, чей талант в те далекие времена мог

проявиться главным образом в возведении культовых сооружений. Архитектурный облик белокаменных сооружений центральной части России менялся от века к веку, но постоянным оставался лишь материал, из которого их возводили, — мягкий белый камень — мячковский известняк. Зоркий глаз строителей Древней Руси выбирал в каменоломнях слои наиболее стойкого камня, который легко обрабатывался, но не разрушался с течением времени.

Кроме этого, известняк активно используется в качестве компонента зубных паст и кремов для обуви, в производстве фильтров и минеральных удобрений. Минерал также применяется в производстве бумаги.

Известняк важен не только для отделки зданий и интерьеров. Он незаменим в создании цемента, а также находит применение в других отраслях промышленности, таких как очистка сахара, производство стекла. Когда известняк нагрет, он используется в производстве железа и стали, а также глинозема и магнезии. Также известняк помогает очистить питьевую воду.        Фермеры часто используют удобрение, которое содержит дробленый известняк на зерновых культурах. Известняк в смеси - источник питательных веществ и нейтрализатор кислотности почвы. Порошкообразный известняк используется, чтобы удалить примеси из литых металлов. Известняк используется в качестве наполнителя во множестве изделий, включая бумагу, пластмассу и краску. Самый чистый известняк даже используется в продуктах питания и лекарствах, таких как таблетки кальция и хлопья для завтрака.

Заключение

Известняк на первый взгляд кажется довольно слабым камнем: ведь его можно скоблить ножом, вырезать на нем орнаменты или барельефы. Он легко пилится обычной пилой и колется. Вместе с тем в зданиях и сооружениях известняк достаточно прочен и выдерживает нагрузку стен,

карнизов и колонн. Но надежность известняка в здании будет максимальной в том случае, если каменный материал выбран в соответствии с теми условиями, в которых он будет служить. Вот несколько необходимых правил, которые следует учитывать. Известняк нужно защитить от проникновения влаги, особенно грунтовых вод, для чего необходимо использовать для цоколей наиболее плотные породы или класть изоляционный слой между стенами и фундаментом. Карнизы и капельницы должны обеспечивать сброс дождевых вод. В креплении блоков и плит нет места металлическим ржавеющим деталям. Поверхности камня должны быть пилеными или шлифованными (но не колотыми), тогда дождевая вода или вода от тающего снега не будет застаиваться. Соблюдение этих, казалось бы, простых условий — надежная гарантия того, что постройки из известняка будут служить века. Обоснованием для выбора в карьере известняков, предназначенных для постройки или реставрации, должны служить данные о их физико-механических свойствах. На первый план выступает в этом случае строение или структура горной породы, т. е. размеры ее зерен или обломков, их взаимное расположение и способы сцепления между собой. На формирование структурного облика горной породы влияют ее происхождение и условия существования в земной коре. Известняк относится к осадочным породам. Как уже упоминалось, по составу он довольно однороден: сложен углекислым кальцием. Структура пород обломочная. Обломки известняков сцементированы тем же углекислым кальцием, но более мелкозернистым. Породы могут быть и массивными, и грубообломочными. В большинстве случаев они слабо сцементированы, поэтому между обломками много пор. Их размер, форма и связь друг с другом обусловливают способность пород к водопоглощению под определенным давлением. Давление же возникает при замораживании, и именно поэтому морозостойкость и определяется в немалой степени

пористостью. Минеральный состав и пористость, в свою очередь, влияют на плотность.

Известняк – сравнительно мягкий камень. Это его свойство одновременно является положительным и отрицательным. Плюсы в том, что его легко обрабатывать, а минусы в том, что он способен впитывать воду и без специальной обработки разрушается под действием влаги и низких температур. И еще его нельзя использовать для декора аквариума из – за большого наличия кальция.

Но камень, все равно уникальный, из-за большой области применения от строительства, архитектуры до применения в быту, медицине и пищи.

Список используемой литературы

1. Викторов А.М., Звягинцев Л.И.:Белый камень подмосковья. – М.: Недра, 1989 г., 122 стр.
2. Швецов М. С., Петрография осадочных пород, 3 изд., - М., 2001.
3. Лебединский В.И.:В удивительном мире камня. – М.: Недра, 1978 г., 127 стр.
4. Используемый материал из Интернета: http://geokniga.org›labels/9288