Научно-исследовательская работа "Сталактиты-украшения пещер""

Городская научно-практическая конференция исследовательских работ школьников «ЛИК»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №33»

Сталактиты-украшения пещер

Выполнили ученики 3Е класса:

Ильясов Алмаз

Аскеров Рустам

Научный руководитель:

Никифорова Елена Васильевна

Стерлитамак

 2013

Оглавление

Введение …………………………………………………………………  …… 3-4 Глава1.Пещеры.………………………………………………                    …    5

1.1. Происхождение пещер ……   ……………………………………….......   5

 1.2 Украшения из галереи пещеры.                                                                   5

1.3.Возникновение сталактитов.                                                                         6-8

Глава 2. Экспериментальное исследование                                                       8-9

Заключение ……………………………………………………………………   10

Список используемых источников …………………………………………..   11

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, снуют люди, шумит в деревьях ветер, 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 тысячелетия и тысячелетия.

Актуальность исследования.

Однажды перелистывая энциклопедию, мы увидели удивительной красоты сталактиты, похожие на застывший водопад. Прочитав, мы узнали, что сталактиты образуются 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 мы решили найти ответ в своей работе.

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

Объект исследования: кристаллизация минералов.

Предмет исследования: условия, при которых вырастает сталактит.

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

Задачи исследования: 

- изучить где и как образуются сталактиты

-выяснить, отчего зависит цвет, размер, форма сталактитов;

-экспериментально проверить влияние домашних условий для роста сталактита;

-разработать рекомендации для выращивания сталактита в домашних условиях.

Методы:

1. Проработка специальной литературы.
2. Поиск информации из интернет ресурсов.
3. Планирование экспериментов и наблюдений.
4. Обобщение и выводы о справедливости гипотезы.

Практическая значимость работы – результаты данной работы могут быть использованы на уроках окружающего мира; во внеклассной работе.

Этапы исследования:

I. Теоретический - изучение литературы и информации из интернет –ресурсов при каких условиях, как и из чего, вырастают сталактиты.

II. Практический - провести эксперимент по выращиванию сталактита; наблюдение за ростом сталактита.

III. Обобщающий - проанализировать полученные результаты.

Глава 1. Пещеры

1.1. 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.

1.2 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.

1.3.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:

1. Кальцитовые (известняковые) сталактиты
2. Гипсовые сталактиты.
3. Соляные сталактиты.
4. Ледяные сталактиты.

Глава 2. Экспериментальное исследование.

Изучив все эти вопросы, мы поняли, что вырастить кальциевые сталактиты дома невозможно. Но в природе бывают ещё гипсовые, ледяные и соляные сталактиты. – Поэтому мы решили вырастить соляной сталактит и сталактит из раствора соды - 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.  5 января 2013 года мы начали проведение экспериментов по выращиванию сталактитов.

2.2. Для эксперимента по выращиванию сталактита нам потребовалось: 2 небольшие кастрюльки, горячая вода, ложка для перемешивания, пачка соли, коробка соды, 4 стеклянные банки, 4 скрепки, 2блюдца, шерстяная нить.

2.3. Вначале приготовили два вида перенасыщенного раствора. В банки с горячей водой (для лучшего растворения) добавляли соль, соду до тех пор, пока они не перестали растворяться в воде.

2.4.Каждый раствор мы разлили по двум банкам поровну. Окунули каждую нить в банку и, зажав между пальцев, удалили избыток жидкости. Нитку утяжелил на концах прищепками (чтобы она не всплывала) и опустили концы нитей в стаканы с раствором. Нити между стаканами слегка прогнули дугой. Под провисшие нити поставили блюдца.

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. Скорость движения каждого раствора различна: раствор из соли начал капать через час, раствор из соды - гораздо позже -через -3. На протяжении эксперимента солевой и содовый растворы приходилось подливать в стаканы, причём солевой чаще.

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

Соль. Нить покрыта толстым слоем "снежной" массы. Кубики кристаллов уже не различимы. Выделяются 2 сталактита. Стенки банок полностью покрыты натёчными образованиями.

Сода. "Снежная" масса растет в стороны и вверх на нити. Кристаллы похожи на цветы.(рис.6). По верхнему краю банки такие же образования, но более мелкие. Блюдце полностью заполнена белой, хрупкой "снежной" коркой.

По сравнению с соляными кристаллами кристаллы соды более хрупкие.

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

Таблица 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 8 дней он вырос на 60 мм, на что в пещере понадобилось бы около 15 лет.

А натечное образование, выросшее из содового раствора, имеет форму бахромы, который также формируется в пещерах, что и подтверждает выдвинутую гипотезу. Оно тоже выросло довольно быстро в домашних условиях.

Во время выполнения исследовательской работы мы узнали много нового и очень интересного о таинственном мире пещер. Мы научились выращивать сталактиты. С результатами своего исследования  ознакомили учеников нашего класса. Оказалось, что многие из них не знал, что такое сталактит. В опросе, которое мы провели, 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.

Мы тоже думаем, 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 мы хотим побывать в Кунгурской ледяной пещере, которая находится в Пермском крае, и увидеть настоящие сталактиты и сталагмиты. 

В будущем планируем проверить справедливость следующей гипотезы: влияние потока воздуха на направление роста сталактита 

Список используемых источников

1. Хочу всё знать. / Камни и минералы –М, Ридерз Дайджест, 2010-стр. 22
2. Хочу всё знать. Книга для самостоятельной работы. / Камни и минералы-М, Ридерз Дайджест, 2010- стр.21
3. Информация с интернета
4. Брокгауз Ф.А., Эфрон И.А. Энциклопедический словарь [Текст]: энциклопедия/ Брокгауз Ф.А., Эфрон И.А.
5. Давид Э. Портнер.  Пещеры. [Текст]: энциклопедия/ Давид Э. Портнер. - М: Слово/Slovo, 1997.
6. Дублянский В.Н. Занимательная спелеология [Текст]: / Дублянский В.Н. Рожденные во тьме. – У: Урал LTD, 2000  глава 9.
7. Иллюстрированный  энциклопедический словарь. / Энциклопедия  -  М: Ридерз Дайджест,  2002 – стр. 343
8. Кунгурская пещера// Фотогалерея с интернета.  
9. Мальцев В.А. Ещё раз о сталактитах с «внутренним» и «внешним» питанием.
10. Энциклпедия для детей. // Геология. [Текст]:/ Энциклопедия  – М: АВАНТА+, 1995.
11. Энциклопедия природы России. // Минералы и горные породы. [Текст]:/ Энциклопедия  -  М: ABF, 1998.