Проектно-исследовательская работа "Можно ли управлять извержением вулкана"

Общеобразовательная автономная  некоммерческая организация

Школа «Ника»

Проектно-исследовательская работа

 по теме:

«Можно ли управлять извержением вулкана?»

        Выполнил:

обучающийся 2В класса

        Романько Даниил

           Руководитель:

Дудкина

Елена Вячеславовна

Москва    2017

Оглавление

 Глава I.   Введение.    Актуальность исследования ………………………3

Глава II.  Цель исследования ……………………………………………….5

   Задачи исследования

   Гипотеза

   Методы исследования

Глава III.   Основное содержание исследования:

     1.       Изучение   теоретической части вопроса        

        а) Какова природа вулканической деятельности?...........................6

                б) Какое строение имеет вулкан?.....................................................7

                в) Какую опасность представляет извержение вулкана для                      

                   человечества?...................................................................................8

г) Какие вулканы являются действующими в настоящее время?.10
               д) Как человек использует энергию вулканов и продукты          

  вулканической деятельности?........................................................11

     2.   Опытно-экспериментальная часть исследования…………………….13

Глава IV.   Обобщение и выводы …………………………………………….15

 Источники информации …………….…………………………………………16

Глава I.   Введение.    

Вулканы – огромные горы, построенные излившейся из недр Земли на поверхность лавой.  На земном шаре выявлено свыше   4000 вулканов, около 1000 из них являются действующими на сегодняшний день. Это означает, что они могут активизироваться в любой момент.

Приходилось ли вам слышать такое выражение: «Жить как на вулкане?» Знаете ли, что оно означает? Верно, это значит жить в постоянной опасности, потому что извержение вулкана может произойти в любой момент, а ученые еще не научились его предсказывать и предупреждать людей об опасности.

Актуальность исследования.

Летом, когда мы отдыхали на Юге Италии, я узнал, что в этой части Земли находится сразу несколько вулканов. Мне выпала удача побывать на самых известных своей разрушительной силой вулканах.

Первый вулкан - это всем известный Везувий.  Извержение этого вулкана обычно начинается внезапно, люди не всегда успевают спастись. Поток лавы, осколки горных пород всё сметают на своём пути и уносят тысячи человеческих жизней. Так, римский город Помпей был полностью разрушен и погребён под слоем лавы и пепла во время извержения вулкана Везувий, которое произошло в 79 г. до н. э. Город прекрасно сохранился, благодаря толстому слою вулканического пепла.                                                 

Второй вулкан — Этна, расположенный на острове Сицилия, который время от времени извергается уже в течение 2500 лет. Здесь можно наблюдать другой тип извержения — медленный, когда раскаленная лава стекает по склонам вулкана, выжигая все на своем пути, но у населения есть время покинуть опасный район.

Третий вулкан - Стромболи, расположенный недалеко от побережья Калабрии. Это тоже действующий вулкан.  Чтобы увидеть потоки лавы, медленно стекающие в море, туристы на катерах подплывают к острову в сумерках. Тогда получаются самые красивые фотографии. 

Глава II. Организация исследования

Мое стремление больше узнать о вулканах обусловило выбор темы проекта.

Цель данной работы - узнать строение и природу извержения вулкана и ответить на вопрос, возможно ли человеку контролировать извержение вулканов. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи.

•   Изучить теоретические сведения о строении нашей планеты Земля, о вулканах и процессах их извержения.

• Узнать, почему на Земле в определенных местах возникают вулканы, тогда как в других местах их нет.
• Как и при каких условиях извергаются вулканы.
• Выполнить макет вулкана, представляющий наглядно его строение.
• Провести опыты, подтверждающие мою гипотезу: извержение вулкана можно контролировать.

В результате выполненной работы ответить на вопрос, может ли человек контролировать извержение вулкана.

Начиная исследование, я выдвигаю гипотезу: человек может научиться контролировать процесс извержения вулканов, что поможет   избежать многих катастроф, вызванных этими извержениями.

В своей работе я использую следующие методы исследования;

• Теоретический метод (изучение литературы по интересующему вопросу)
• Опытно-экспериментальный метод (проведение опытов, демонстрирующих извержение вулканов)
• Практический метод (изготовление макета вулкана)
• Теоретический анализ (изучение СМИ и периодической печати с целью сбора информации о действующих вулканах на Земле).
• Экспедиция на вулканы Стромболи, Этну, Везувий.

                Глава III. Основное содержание исследования.

1.Изучение теоретической части вопроса.

а) Какова природа вулканической деятельности?

Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к строению Земли.  Нашу планету можно представить в виде яйца всмятку. Скорлупа соответствует земной коре, белок - мантии, а желток - ядру. При этом температура быстро повышается по мере приближения к желтку. На глубине 100 км. недра Земли температура уже достигает 1000 С и выше, а центр ядра раскаляется до 4000 - 5000 С. Давление в центре ядра достигает невероятных значений. 

Земная кора - твердая оболочка Земли — внешний слой Земного шара. Та   поверхность, на которой мы живем, состоит из больших и малых плит,  

которые называются тектоническими (или литосферными). Плиты имеют  

толщину от 6 км (океаническая кора) до 100 км (континентальная кора) и как бы плавают на поверхности вязкого, пастообразного расплавленного вещества, которое называется Магма.  Таким образом, внешняя оболочка Земного шара находится в постоянном движении (см. видеоролик Приложение 1).

Скорость перемещения невысока, всего несколько сантиметров в год. Перемещаясь, плиты могут расходиться и отдаляться, могут двигаться в разных направлениях по линии столкновения (как бы притираясь друг об друга) или могут сталкиваться и тогда возникают землетрясения и образуются горы, когда одна плита как бы «сминает» другую. Еще один вид взаимодействия при столкновении — это когда одна плита как бы подныривает под другую. Так оказалось, как раз в случае с вулканами, расположенными на юге Италии. Здесь сталкиваются две тектонические плиты: Африканская и Евразийская. Африканская плита   непрерывно дрейфует в сторону Евразийской плиты, погружаясь под неё. Извержения Этны и других вулканов этого региона являются результатом расплавления уходящей вниз Африканской литосферной плиты. Расплавленная магма достигает поверхности Земли через трещины в Евразийской плите, одной из которых является вулканический канал Этны.

В месте столкновения этих двух плит и сформировались активные вулканы этой части Земного шара: Везувий, Санторини, вулканы Липарских островов (Вулкано, Стромболи и другие) и Этна.

В местах сталкивания в плитах могут образовываться трещины и разломы, и через эти разломы начинает изливаться магма и выходить газы, которые образуются в недрах планеты и находятся там под большим давлением. Так и зарождается новый вулкан. Именно поэтому, в определенных участках Земли мы можем наблюдать сразу несколько вулканов, которые, как правило, образовались вдоль линии разлома или истончения, или повреждения континентальной плиты.

 б) Какое строение имеет вулкан?

Вулкан представляет собой гору с очень глубоким отверстием на ее вершине, напоминающим по форме воронку. Эту воронку называют кратером.  Через отверстие из недр Земли на ее поверхность изливается расплавленная масса горных пород — лава. Её температура около 1100 градусов (при такой температуре плавится даже сталь). При извержении вулкана на поверхность вырывается ещё пепел и дым или как ещё называют вулканические газы.

У вулкана есть отверстие - жерло, из которого могут вырываться раскалённые газы, расплавленные камни и пепел. Иногда они вытекают из вулкана, а иногда взлетают в небо, словно вынесенным взрывом. Такой взрыв называется извержением (см. видео Приложение 2)

Лава, осколки горных пород, вулканический пепел образуют вокруг отверстия конус. Поэтому в результате извержения на суше могут образовываться горы, а в океане — острова.

 Известны три типа вулканов, название которых говорят сами за себя, - действующий, спящий и потухший. Вулкан проявляет активность, когда огромные плиты земной коры сталкиваются или, наоборот, раздвигаются.

 Вулканический пепел разлетается на несколько километров и образует слой, который может покрыть поверхность земли от 2 метров до нескольких тысяч метров.

               в) Какую опасность представляет извержение вулкана для человечества?

 В истории человечества описано немало природных катастроф, связанных с извержением вулканов. Извержение вулкана обычно начинается внезапно, люди не всегда успевают спастись. Поток лавы, осколки горных пород всё сметают на своём пути и уносят тысячи человеческих жизней.

 Извержение вулкана - может привести к огромным разрушениям.

Самым страшным по масштабам трагедии, явилось извержение вулкана Везувий, которое произошло в 79г. До н.э. Римский город Помпей, находящийся у подножия Везувия, был полностью разрушен и погребён под слоем лавы и пепла за считанные часы. Эта трагедия унесла несколько сотен жизни беззащитных перед силами природы, людей.

А при извержении одного из исландских вулканов в конце XVIII века в атмосферу было выброшено около 120 миллионов тонн диоксида серы, что сразу привело к гибели 20% населения острова и 75% поголовья местного скота. Выброшенный из жерла вулкана пепел еще несколько лет присутствовал в атмосфере и препятствовал проникновению солнечных лучей на Землю что, в конечном итоге, привело к существенному похолоданию климата по всему миру.

Извержение вулкана Эйяфьядлайекюдль в апреле 2010 тоже привело к выбросу в верхние слои атмосферы (до высоты 10,6 км) больших обьемов вулканического пепла, что привело к масштабной отмене полетов авиалайнеров над территорией Северной Европы, так, как и пепел, попадая в двигатель самолета мог привести к потере мощности.

На рисунке показано распространение облака пепла в апреле 2016. Маленькая красная точка- вулкан  Эйяфьядлайекюдль.

г) Какие вулканы являются действующими в настоящее время?

В целом по миру на 5 декабря 2016 года повышенную активность проявляют 33 вулкана нашей планеты.

Самые известные: Серро-Мачин (Коллумбия), Катла (Исландия), Вулкан Килауза Гавайских Островов.

Фото: Взрыв на Килауза 30 ноября 2016.

Взрыв на Килауза 30 ноября 2016.

 В нашей стране, на полуострове Камчатка, тоже есть вулканы. Вулканы Камчатки - это Всемирное природное наследие России.

На полуострове Камчатка находится 28 действующих вулканов. Расположены они группами. Самая северная - Ключевская. Вулкан Ключевской - самый высокий из действующих вулканов Азии и Европы (4759 м.), извергается каждые 6 - 7 лет, извержение продолжается по несколько месяцев.

Вулкан Ключевская сопка в ноябре 2016 выбросил столб пепла на высоту 5,5 километра. Туча пепла распространилась на 140 км.

Катастрофическое извержение вулкана Безымянный произошло после 900-1000-летнего покоя. 30 марта 1956 года произошел гигантский взрыв. Туча пепла устремилась вверх на 40 км. Под огромной толщей раскаленного пепла началось бурное таяние снега. Возникшие грязевые потоки, увлекая обломки скал, устремились по долинам, уничтожая все на своем пути. Площадь, покрытая пеплом, составила 500 кв.км. Безымянный неузнаваемо изменился. На месте восточного склона горы зиял огромный кратер. Вершину вулкана снесло взрывом, и его высота уменьшилась почти на 200 метров. Одно из самых крупных извержений ХХ века не унесло ни одной жизни - оно произошло совершенно в безлюдной местности (картинки вулканов Камчатки)

На самом большом вулканическом острове Исландия насчитывается более 200 действующих вулканов и множество горячих источников. Исландия - особый вулканический остров. С одной стороны, это часть подводной горной системы - Срединно-Атлантического хребта, возвышающаяся над океаном. С другой стороны, остров находится над горячей точкой. Наличие двух типов вулканизма и является причиной вулканической активности в Исландии, где представлены почти все типы вулканов, встречающиеся на Земле. (картинки вулканов Исландии)

д) Как человек использует энергию вулканов и продукты вулканической деятельности?

С начала ХХ века исландцы начали эффективно использовать запасы подземного тепла. Склоны вулкана Крабла покрыты сетью труб, собирающих пар, выходящий из-под земли. Пар по трубам подается к геотермальной электростанции у подножия вулкана. Большинство извержений вулканов Исландии принадлежит к гавайскому типу с растеканием широких потоков жидкой лавы, извергающейся из трещин на склонах вулканов. Но Гекла - одни из самых известных вулканов Исландии, как и некоторые другие вулканы,  может неожиданно перейти к взрывным извержениям.

Вулканы выносят на поверхность глубинное вещество из недр Земли. При извержении, выделяется также большое количество водяного пара и газа. В настоящее время учёные пришли к выводу, что вулканические водяные пары образовали значительную часть водной оболочки Земли, а газы - атмосферу, которая впоследствии обогатилась кислородом. Вулканический пепел обогащает почву и является хорошим природным  удобрением для растений.
Вулканический туф (горная порода, образованная из рыхлых продуктов вулканических извержений) –  служит отличным строительным материалом.
       Горячая вода источников и гейзеров – для отопления теплиц и домов
Пар горячих источников – для вращения турбин электростанций
Минерализованная горячая вода источников лечит заболевания
Грязи из вулканических кратеров используют в медицине.
Продукты извержений: пемза, обсидиан, базальт – также используются в строительстве. Вблизи вулканов образуются месторождения полезных ископаемых, например, серы.

В процессе экспедиции на вулканы, я собрал коллекцию камней вулканического происхождения, которую буду изучать в продолжение моей исследовательской работы.

2. Опытно-экспериментальная часть исследования.        

Для подтверждения моей гипотезы, в том, что человек может научиться контролировать извержение вулкана и предотвратить катастрофы, связанные с гибелью всего живого и большими разрушениями, я провел ряд опытов. Суть этих опытов заключается в следующем.  Если спровоцировать извержение основного из цепочки вулканов, произведя искусственный взрыв, который бы расширил жерло вулкана и позволил выйти на поверхность скопившейся энергии, то это бы предотвратило извержение более мелких из ряда вулканов. Более того, это бы позволило заранее предупредить людей об опасности и избежать катастрофы.

Опыт 1.  Я сделал макет вулкана Стромболи. Жерло вулкана представляла собой пластиковая бутылка. Каркас вулкана так же был сделан из пластика. Затем я использовал керамическую глину и пластилин, из которых сформировал склоны вулкана, покрытые потоками застывшей лавы, море и участки суши.

Для опыта, имитирующего процесс извержения вулкана мне понадобилась пищевая сода, красная краска и уксусная кислота. Подкрашенная сода засыпалась в «жерло» вулкана. Затем, при добавлении уксусной кислоты происходила бурная химическая реакция с выделением большого количества пены и газа, что вполне соответствовало извержению самого настоящего вулкана.

Приложение 3: Видео опыта 1

Опыт 2.   Этот эксперимент проводился с целью продемонстрировать опытным путем, что значительное увеличение кратера одного из вулканов уменьшает выбросы магмы из других кратеров. Для проведения опыта мне понадобилась пластиковая бутылка (Земля) ,  насос для увеличения давления внутри бутылки и окрашенная вода ( магма). Опыт состоял из двух частей. Сначала в бутылке было проделано три одинаковых отверстия. При увеличении давления внутри «Земли» «магма» выплескивалась одинаковыми струями из всех трех наших «вулканов». Далее мы значительно увеличили один из «кратеров». При увеличении давления, теперь значительный объём «магмы» вырывался наружу через широкий кратер, тогда как остальные два почти не функционировали.

Приложение 4: Видео опыта 2

Глава IV. Основные выводы и заключения.

В данной проектно – исследовательской работе я рассмотрел теоретический материал о вулканах. В процессе сбора информации я прочитал познавательный материал о вулканах и узнал много нового и интересного. Я узнал строение нашей Земли и о том, как рождаются вулканы и почему они извергаются. Стихия вулканов вызывает страх, но, изучив карту тектонических плит Земли, я отметил, что мы живем на материке Евразия, который располагается почти целиком на Евразийской тектонической плите. Если вулканы образуются на краях плит, когда одна плита заходит под другую, то в нашей стране возможно извержение вулканов, лишь на Востоке.

Теоретические сведения об извержении вулканов помогли мне провести опыты, доказывающие мою гипотезу: человек может научиться вызывать извержение вулкана, чтобы, высвободить таким образом, энергию недр Земли.

В результате изученного я пришел к выводу, что для того, чтобы изучить все процессы и причины образования вулканов, их развитие, строение и состав продуктов извержений, необходимо изучать геологию, химию, физику, математику, уметь на компьютере проводить анализы исследований.

Мне понравилась тема «вулканы», и я хотел бы в дальнейшем продолжать ее. Следующим моим исследованием будет свойства и применение камней вулканического происхождения.

Вулкан – это «окно в глубины Земли». Изучение вулканов дают возможность открыть тайну образования полезных ископаемых. 
В нашей стране вулканологи работают на полуострове Камчатка. В результате многочисленных наблюдений учёные заметили определённую закономерность. Перед извержением вулкана сейсмические приборы фиксируют множество небольших землетрясений, которые стихают за несколько дней до извержения. Вулкан как бы набирает силы. И действительно проходят сутки, вторые, иногда и больше и вулкан начинает извержение. Значит, предугадать и искусственно вызвать извержение вулкана все же возможно, а обоснованность этого я постарался показать в проведенных опытах. Таким образом, считаю цель моего исследования достигнутой, а гипотезу подтвержденной.

Мне понравилась тема «вулканы», и я хотел бы в дальнейшем продолжать ее. Следующим моим исследованием будет свойства и применение камней вулканического происхождения.

V. Источники информации.

Литература:

1.Апродов В.А. Вулканы. - М.: Мысль, 1982.
2.Мархинин Е.К. Вулканизм. - М.: Недра, 1985.
3.Тазиев Г. Вулканы. – Пер. с франй. – М.: Мысль, 1963.
4.Макдональд Г.А. Вулканы. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1975.
5.Влодавец В.И. Вулканы Земли. – М.: Наука, 1973.

Интернет-источники:

vikipedia.org

izverzhenie-vulkana.ru

vulkania.ru