РАЗВИТИЕ КАРСТОВЫХ ФОРМ РЕЛЬЕФА НА ТЕРРИТОРИИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Городская выставка – конференция школьников

«Юные исследователи – будущее Севера»

              Секция   ГЕОГРАФИЯ

РАЗВИТИЕ КАРСТОВЫХ ФОРМ РЕЛЬЕФА

НА ТЕРРИТОРИИ МУРМАНСКОЙ ОБЛАСТИ

                                                                                     Автор: Пышко Е.Ю.,

                                                                                                  9-Б класс, гимназия №2

                                                                        Руководители: ФельцанО.В.,

                                                                                                 учитель  географии гимназии №2;

                                                                                                 Фролова О.Н.,

                                                                                                 учитель химии гимназии №2.

Мурманск 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………………………………….3

Глава I.  Карстовые формы рельефа……………………………………………………….. 4

1.1 Образование и развитие карста……………………………………………………………..4

1.2 География карстовых форм рельефа………………………………………………………..8

Глава II.  Особенности геологического строения Кольского полуострова……………..9

2.1 Рельеф Кольского полуострова……………………………………………………………..9

2.2 Горные породы и минералы Кольского полуострова….....................................................9

Глава III.  Химические процессы, происходящие с породами………………………….11

3.1.Свойства карбонатов……………………………………………………………………….11

3.2. Свойства углекислого газа………………………………………………………………...11

3.3 Скорость химической реакции и факторы, влияющие на неё…………………………...11

3.4. Химический эксперимент…………………………………………………………………12

Заключение…………………………………………………………………………………….14

Литература……………………………………………………………………………………..15

2

ВВЕДЕНИЕ

                 В последнее время в СМИ стали появляться сообщения о провалах грунта в Центральной России. Так, в поселке Бутурлино утром 10 апреля 2013 года образовалась воронка диаметром 85 метров. В нее провалились нежилой дом, дача и неиспользуемый зерновой склад. Эта тема меня заинтересовала и я решил изучить этот вопрос подробнее. Обсудив этот вопрос с преподавателем, узнал, что образование подобных провалов на Кольском полуострове не зафиксировано. И я решил выяснить возможность  образования подобных форм рельефа на Кольском полуострове.

Объект исследования: формы рельефа

Предмет исследования: карстовые формы рельефа

Цель работы: выяснить возможность  образования карстов на Кольском полуострове.

Задачи исследования:

 1) проанализировать литературу по теме "карстовые формы рельефа";

 2) проанализировать состав и свойства горных пород и минералов Кольского полуострова;

 3) изучить влияние температуры на  процесс растворения карбонатов под действием углекислого газа.

Гипотеза: развитие  карстовых форм рельефа на территории Мурманской области невозможно.

Методы исследования:  

 1) аналитический;  

 2) поисковый;

3) экспериментальный

4) сравнительно-сопоставительный анализ полученной информации

3

ГЛАВА I     Карстовые формы рельефа

    1.1. Образование и развитие карста.

       Карст (карстовые явления) - явления, возникающие в результате растворения или размывания водой горных пород (известняков, доломита, мела, гипса, каменной соли).

      Термин «карст» произошел от названия горного плато Карст, расположенного на восточном побережье Адриатического моря, к юго-востоку от г. Триеста (Хорватия), где этот ландшафт наиболее представлен.

       Карстовые формы рельефа образуются, когда грунтовые воды размывают горные породы, образуя подземные карстовые полости. Свод карстовой полости обваливается и образуется карстовый рельеф. Они могут различаться в диаметре и в глубине от менее метра до нескольких сотен метров, от чашеобразных углублений до глубоких трещин. На дне или с боков карстовых воронок часто открываются входы в пещеры. Образование карстов это длительный процесс, который растягивается на сотни лет.

       Развитие карста обычно происходит в районах с горизонтальной или слабоволнистой  поверхностью с достаточным количеством осадков. В горных местностях он чаще наблюдается на пологих склонах и на дне широких долин. Особенно быстро развивается карст в районах, где мощность растворимых горных пород значительна, а поверхность высоко поднята над окружающей местностью, что необходимо для циркуляции подземных вод. Огромную роль при образовании пещер играют трещины и разломы.

       Все карстовые формы рельефа делят на открытые, перекрытые и закрытые. Если карстующиеся породы непосредственно выходят на земную поверхность, то это открытый или голый карст. Если они перекрыты сверху некарстующимися отложениями, то это покрытый карст. Голый карст встречается в горных районах, а покрытый – на равнинах. Выделяется еще закрытый карст, который отмечается в областях, где карстующиеся породы имеют большую мощность и большое количество различных примесей в них.

       В процессе развития карстов появляются следующие образования: карры, колодцы, воронки, полья, карстовые пещеры, подземные карстовые каналы.

       Карры — одна из форм поверхностного карста. Представляет собой сетку борозд и гребешков, шипов и лунок, образовавшуюся на поверхности.

4

      Карстовые подземные каналы— сложная система каналов в закарстованном массиве.

      Полье — карстовая впадина больших размеров (~ 1-10 км), с плоским дном, как правило, замкнутая, часто с пересыхающими водотоками и озёрами.

5

       Карстовый колодец — вертикальный участок хода в карстовой пещере (глубиной более 20 м) либо вертикальная карстовая пещера (глубиной до 20 м).

       Пещера — полость в верхней части земной коры, сообщающаяся с поверхностью одним или несколькими входными отверстиями.

6

       Карстовая воронка (наиболее распространенная форма рельефа) — карстовая форма рельефа, представляющая собой естественную впадину, яму большого размера в земной поверхности.

7

    Для развития карстового процесса необходимы следующие условия:

а) наличие растворимых горных пород;

б) движение воды;

в) наличие трещин в перекрывающих породах и наличие зоны выноса.

       Карстующимися породами являются:

         - известняки;

         - мергели (известняк с глинистой составляющей более 5%);

         - меловые породы (разновидность известняка)

         - доломиты;

         - гипсы;

1.2.  География карстовых форм рельефа.

       Наиболее распространён карст в карбонатных (известняки, доломиты, мел и пр.) породах, в пределах материков обнажённые и погребённые карстующиеся карбонатные породы занимают до 40 млн. км2. Не случайно французский исследователь Э. Мартель предлагал называть карстовые процессы «явлениями в известняках».

       В последнее время всё больше пещер открывается в породах, традиционно считавшихся некарстующимися. Например, в песчаниках и кварцитах столовых гор тепуи Южной Америки были открыты пещеры Абисмо Гай Коллет глубиной −671 м (2006 г), Куэва Охос де Кристал протяжённостью 16 км (2009 г). По всей видимости, эти пещеры имеют также карстовое происхождение.

      Другим экзотическим примером образования карстовых пещер может служить очень протяжённая и глубочайшая в материковой части США пещера Лечугия (и другие пещеры Карлсбадского национального парка). По современной гипотезе, она образовалась растворением известняков восходящими термальными водами, насыщенными серной кислотой.

      По Россия карсты находятся в Рязанской области, на правом берегу р. Оки между Муромом и Павловом (село Болотниково), на берегах Волги (ниже г. Старица), на Среднем Урале.

      Карьерная добыча этого природного камня осуществляется в Ленинградской, Архангельской, Вологодской, Тульской, Белгородской, Воронежской областях, в Подмосковье, в Предуралье, Поволжье, Краснодарском крае, на Северном Кавказе, на Урале, в нескольких районах Восточной Сибири. Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён и в других местах.

8

ГЛАВА II   Особенности  геологического строения  Кольского полуострова

2.1.  Рельеф Кольского полуострова.

       Рельеф Кольского полуострова представляет собой впадины, горы, плато. Горные массивы полуострова возвышаются над уровнем моря на более чем 800 метров. Равнины Кольского полуострова занимают болота и многочисленные озера. Полуостров омывается Белым и Баренцевым морями.

       В западной части Кольского полуострова, территория достигает наибольших высот. Для восточной половины Кольского полуострова характерен более спокойный волнистый рельеф с преобладающими высотами 150—250 м. Среди волнистой равнины возвышается гряда Кейвы (397 м), состоящая из отдельных цепей, вытянутых с северо-запада на юго-восток вдоль центральной части полуострова.

       Кольский полуостров занимает восточную часть Балтийского кристаллического щита, на поверхность которого выступают толщи древнейших горных пород. Архей представлен гнейсами и гранитами метаморфического происхождения. Протерозойские отложения более разнообразны по составу — кварциты, песчаники, мраморы, частично гнейсы. Возраст гнейсов и сланцев — 2,8 млрд лет.

       Четвертичному периоду — последнему периоду истории Земли, который продолжался более 1 млн. лет, соответствует осадочный чехол — верхний ярус, сложенный рыхлыми осадочными породами, в основном ледникового происхождения. Мощность осадков незначительна — от нескольких до десятков см., реже 100—150 м.  

2.2.  Горные породы  и минералы Кольского полуострова.

        По разнообразию минеральных видов Кольский полуостров не имеет аналогов в мире. На его территории обнаружено около 1000 минералов — почти 1/3 всех известных на Земле. Около 150 минералов не встречаются нигде больше. Месторождения апатито-нефелиновых руд (Хибины), железа, никеля, платиновых металлов, редкоземельных металлов, лития, титана, бериллия, строительных и ювелирно-поделочных камней (амазонит, аметист, хризолит, гранат, яшма, иолит и др.), керамических пегматитов, слюды (мусковит, флогопит и вермикулит — крупнейшие мировые запасы).

Кварцит SiO2

Гнейс - метаморфическая горная порода, главными минералами которой являются, кварц SiO2 ,  микроклин K(AlSi3O8)

Гранит — кислая магматическая горная порода

9

Осадочные породы:

Доломит - минерал из класса карбонатов  CaMg(CO3)2 ,примеси Fe, Mn, Co, Pb, Zn

Известняк - CaCO3 (карбоната кальция)

Мел - карбонат кальция с небольшим количеством карбоната магния, но обычно присутствует и некарбонатная часть, в основном оксиды металлов. В меле обычно находится незначительная примесь мельчайших зёрен кварца.

Гипс — минерал из класса сульфатов, по составу CaSO4•2H2O.

Галит — каменная соль, минерал подкласса хлоридов, кристаллическая форма хлорида натрия                                                                                         NaCl,

10

ГЛАВА III       Химические процессы, происходящие с породами

3.1 Свойства карбонатов

       Основой любой известковой породы является карбонат кальция – средняя соль угольной кислоты, практически нерастворимая в воде, но растворимая в кислотах.

         CaCO3  + 2 HCl  =  CaCl2  +  H2O  + CO2 ↑

         CaCO3  + 2H+  + 2Cl-  = Ca2+ + 2Cl-  + H2O  + CO2 ↑

         CaCO3  + 2H+  = Ca2+ + H2O  + CO2 ↑

       Под действием углекислого газа карбонаты растворяются и переходят в кислые соли угольной кислоты – гидрокарбонаты.

         CaCO3  + H2O  + CO2  = Сa(HCO3)2

         CaCO3  + H2O  + CO2  =  Ca2+  + 2 HCO3-

3.2 Свойства углекислого газа.

       Углекислый газ СО2 – газ, без цвета , тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии (давление около 50 атм) и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое («сухой лёд») состояния. Мало растворим в воде ( 0,88 л/ 1л Н2О при 20оС), с повышением давления и понижением температуры растворимость его увеличивается.  Реагирует со щелочами, т.е. проявляет кислотные свойства.

        CO2 + Н2О  =  Н2СО3

        СО2  +  Са(ОН)2  = CaCO3 ↓ + Н2О  

3.3 Скорость химической реакции. Факторы, влияющие на скорость химической реакции.

      Скорость реакции – это изменение концентрации реагентов или продуктов реакции в единицу времени.

        Vреак. =   ∆с

                       ∆t

       К факторам, влияющим на скорость реакции, относятся  природа реагентов, катализатор, температура, концентрация реагентов.

       1.Природа реагентов. Здесь большую роль играет характер химических связей в соединениях, строение их молекул.

         Чем больше поверхность соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция. Реакции в растворах протекают практически мгновенно.

       2.Катализаторы. Использование катализаторов – веществ, увеличивающих скорость

11

реакции, но не входящие в состав продуктов – значительно ускоряет процесс реакции.

       3. Температура. При повышении температуры на каждые десять градусов скорость реакции возрастает в 2 - 4 раза (правило Вант-Гоффа). При повышении температуры возрастает число активных молекул, т.е. молекул, которые в момент столкновения обладают большей энергией и могут образовывать продукты.

       4.Концентрация реагентов. Чем больше количества веществ взятых для реакции в данном объеме системы, т.е. чем выше концентрация исходных веществ, тем больше число столкновений частиц и тем больше скорость реакции.

3.4 Химический эксперимент.

      Первоначально для эксперимента я взял школьный мел, который по заявлению производителей, представляет собой чистый карбонат кальция. Но в ходе работы в меле обнаружились примеси, мешавшие проведению опыта и не позволившие его завершить. После обсуждения результатов с учителем химии, был оставлен последний вариант проведения эксперимента: сначала получить осадок карбоната кальция CaCO3 , а затем растворять его в углекислом газе, фиксируя температуру  и время опыта.

Реактивы: известковая вода Са(ОН)2 , мрамор CaCO3 , соляная кислота ( 10%ный раствор).

 Ход эксперимента. К кусочкам мрамора приливаю соляную кислоту, при помощи газоотводной трубки направляю углекислый газ в стаканы с известковой водой (концентрация и  объемы равные).

Химизм процесса:

     CaCO3  + 2HCl  = CaCl2  +  CO2 ↑ + H2O       получение углекислого газа

     Ca(OH)2 + CO2  = CaCO3↓ + H2O                   образование осадка

     CaCO3↓  + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2                    растворение осадка

         Результаты опытов представлены в таблице ниже.  

12

        Результаты   эксперимента показывают, что при повышенной температуре растворимость карбонатов под действием углекислого газа увеличивается, не смотря на то, что растворимость самого углекислого газа в воде с повышением температуры уменьшается. Влияние последнего фактора оказалось слабее того, что повышение температуры увеличивает скорость (по правилу Вант-Гоффа) процесса перехода нерастворимого карбоната кальция в растворимый гидрокарбонат кальция.

13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

            Результаты эксперимента позволяют предположить, что в условиях глобального изменения климата на Земле, связанного с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере, повышением температуры воздуха и температуры воды Мирового океана, повышением уровня Мирового океана, образование карстовых форм рельефа на Кольском полуострове возможно. В частности, в той его части, которая покрыта осадочным чехлом большой толщины, а именно, южнее Хибинского, Ловозерского массивов  и возвышенностей Кейвы в юго-восточной части Кольского полуострова.

             В работе не рассматривалось влияние живых организмов на горные породы, а их жизнедеятельность  будет активизироваться в указанных условиях, что является дополнительным источником углекислого газа и будет способствовать  образованию карстовых форм рельефа. В дальнейшем следует ожидать существенного изменения рельефа Кольского полуострова.

14

ЛИТЕРАТУРА

1. Учебник географии 8 класс. География России./ И.И. Баринова. – М.: Дрофа, 2011. – 303.

2. Учебник географии 9 класс. Население и хозяйство России./ И.И. Баринова. – М.: Дрофа, 2011. – 303.

3. Атлас Мурманской области. Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР. Научно-исследовательский географо-экономический институт Ленинградского Государственного университета имени А.А. Жданова; М., 1971

4. Габриелян О.С.  «Химия» 9 класс, учебник для ОУ, М., Дрофа 2011

5. Габриелян О.С. Лысова Г.Г.  «Химия» 11 класс, профильный уровень, учебник для ОУ, М., Дрофа 2011

6. Учебное пособие для учащихся. Химия. Справочные материалы; М., Просвещение, 1984

7. Мурманская область: география и история освоения. Учебное пособие; Мурманск, 1996

8.  http://umeda.ru/chemical_weathering

15