Научно - исследовательская работа "Хранители прошлого"

Департамент общего образования Томской области

Областное государственное бюджетное образовательное учреждение

Кадетская школа-интернат

«Северский кадетский корпус»

«Химия»

Тема: «Хранители прошлого»

Бояров Илья

Кадет 7 класса

Научный руководитель:

Попова Ольга Леонидовна

Учитель химии и биологии

г. Северск

СОДЕРЖАНИЕ

1 2 3 4	Введение Область применения Термины, определения и сокращения Общая характеристика кристаллов кварца	3 3 4 4
5	Опытно-практическое исследование  геологических  находок	6
6	Выводы	10
7	Приложение А	12
8	Список литературы	13

Хранители прошлого

Введение

В рамках работы образовательного научно-исследовательского проекта «Сектор 7»,  впервые обнаружены самоцветы в городе Северске Томской области.

Образцы полудрагоценных камней обнаружены  на берегу реки Томи. Геологические  находки изучены, диагностика  минералов проведена. Автором рассмотрена  экономическая польза находок  для города Северска Томской области.

Берега реки Томи очень богаты геологическими обнажениями и другими памятниками природы, как то: Аникин камень, камень «Боец», Синий утес, Лагерный сад, Обь-Томское междуречье, Тутальские скалы, Томская писаница. В данных местах в основном были обнаружены палеонтологические, археологические и геологические находки в виде осадочных пород, сланцев, различных окаменелостей. Геологические находки автора небольшие по размеру, зато камни прочно впитывают любую информацию и также прочно её сохраняют. Иными словами, минералы возвращают нас  к исходной точке, нашему прошлому.

Каждая находка очень  важна и уникальна. Наиболее известные и разработанные залежи самоцветов находятся на Урале, в Ямало-Ненецком округе, Челябинской области (Норильск). Славятся драгоценными камнями Екатеринбург и другие города Свердловской области, район Байкала (Иркутская и Читинская области, Бурятия). Обратите внимание, в списке нет Томской области.

Целесообразность и актуальность изучения, разведки полезных ископаемых  в городе Северске заключается, в экономической пользе, как для города, так и для Томской области.  Исследования имеют научный интерес для учащегося.  Найти, раскопать, прикоснуться, проанализировать, определить,  все эти  и другие глаголы объясняют личную заинтересованность автора. А самое главное, автор желает найти свой талисман, юный исследователь верит в энергетическую силу камней.

На сегодняшний день исследований в области геологии в городе Северске Томской области (юго-восток Западной Сибири) нет. Первоочередной задачей для исследователей научно-образовательного проекта «Сектор 7» является – раскрыть тайну самоцветов, собрать коллекцию для  школы, продолжить поисковую и научную деятельность.

В данном исследовании использовали следующие методы геохимии: полевые и лабораторные.  В лаборатории  применяли метод наблюдения, метод сравнения, проводили диагностику минералов,  В полевых условиях выявляли геологические находки, описывали ландшафт места поиска.

Область применения

Настоящая научно- исследовательская работа проделана в ОГБОУ КШИ «Северский кадетский корпус» по предметам Химия и Биология.

Впервые получены данные по самоцветам в городе Северске Томской области. Новые данные по драгоценным камням, дополняют картину геологоландшафтной картины  в Западной Сибири. Самоцветы Томской области могут открыть направление – художественной резки камня.

Исследовательская работа, является продуктом образовательного научно-исследовательского проекта «Сектор 7».

Термины, определения и сокращения

В настоящей работе применяются следующие термины с соответствующими определениями:

Геология – совокупность наук о строении Земли, её происхождении и развитии, основанная на изучении геологических процессов, вещественного состава, структуры земной коры и литосферы всеми доступными методами с привлечением данных других наук и дисциплин.

Геохимия – наука о химическом составе Земли и планет (космохимия), законах распределения и движения элементов и изотопов в различных геологических средах, процессах формирования горных пород, почв и природных вод.

Глиптика – художественная резка камня.

Морфологические методы - методы позволяют на основе сравнения сходств и различий в строении объектов исследования судить о степени их родства.

Геммология – наука о самоцветах, поделочных драгоценных и полудрагоценных камнях.

Карат – внесистемная единица измерения массы 1 карат = 0,2грамма.

Сектор 7 – детский, образовательный, научно-исследовательский проект.

Общая характеристика кристаллов кварца

Силикаты и алюмосиликаты  - это обширная группа минералов, в состав которых входят следующие химические элементы : кремний, кислород, железо, алюминий, марганец, магний, кальции, натрий, калий, а также литий, бор, бериллий и др. В порах силикатов содержится вода [1].

Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространенности на их долю приходится более 90% минералов литосферы. Силикаты и алюмосиликаты  являются породообразующими минералами из них сложена основная масса горных пород: полевые шпаты, кварц, слюды, роговые обманки, пироксены, оливин и другие [1].

Самыми распространенными являются полевые шпаты, а затем кварц на долю, которого приходится 12% от всех минералов [1].

По структуре расположения кремнекислородных тетраэдров различают следующие структурные типы силикатов: островные, цепочечные, ленточные, листовые, каркасные. Кварцы имеют  каркасную структуру с непрерывными трехмерными каркасами (в этом случае кислород общий). Разнообразие каркасных силикатов объясняется тем, что в них присутствуют алюмокислородные тетраэдры. Замена четырех валентного кремния на трех валентный алюминий вызывает образование одной свободной валентности, что влечет за собой вхождение в минерал катионов натрия, калия и т.д [1].

Выделяют две группы кварцев. В первую включают кварц бесцветный лишенный примесей, прозрачный минерал и  прозрачный, но окрашенный примесями минерал. Во вторую группу разновидностей входят халцедон, яшма, кремень[1].

Халцедон – вид кварца. Халцедон и его разновидности относятся к очень вязким формам скрытокристаллического кварца, отдельные кристаллы в которых настолько малы, что их невозможно увидеть даже под микроскопом при максимальном увеличении. По-видимому, слово "халцедон" произошло от древнего г. Халкедон в районе пролива Босфора [2].

Халцедон обычно полупрозрачный или просвечивает, но существуют и непрозрачные разности.

Собственно халцедон широко распространен, но чаще всего имеет невыразительный серый цвет и далеко не так популярен, как некоторые его разновидности. Халцедон известен как ювелирный камень с древних времен - он хорошо принимает полировку. Разнообразие его оттенков привело к появлению разновидностей минерала, с различными названиями, о некоторых из которых нельзя не упомянуть [2].

Сердолик – камень с ярко-красной или оранжевой окраской.

Линкурий – камень, с желтым оттенком.

Сапфирин – минерал, имеющий несколько оттенков: серый, голубой и даже светло-синий.

Празем – серый камень, с характерной зеленцой.

Хризопраз – ярко-зеленый камень, с характерным изумрудным оттенком.

Дамсонит – халцедон фиолетового оттенка.

Агат – уникальный камень с разноокрашенными слоями, имеющими  концентрическое зональное расположение.

Оникс – камень с параллельно-слоистым строением [2].

Механизм образования  халцедонов связан с осаждением их из слабо насыщенных растворов при относительно низких температурах (менее 100 гр. С). Эти условия отложения предполагают модель кристаллизации с участием сборки короткоцепных,  линейных полимеров через мостиковые мономеры кремнезема. Эта сборка происходит по механизму спирального роста [3].        Факторы, ведущие к осаждению кремнезема в микроструктурной волокнистой форме, изучены недостаточно. Халцедон растет в газовых пузырях, как в кислых, так и в основных изверженных породах; он заполняет швы и пустоты в интрузивных и метаморфических породах; и замещает предшествующие минералы в осадочных породах [3].    

Ценится красивый изумрудно-зеленый (хризопраз), лукаво - и яблочно-зеленый ( мтородит или маторолит ), голубой и молочно-синий ( сапфирин ), оранжевый и красный (карнеол ), коричневый, бурый ( сардер или сард ) материал.

Вообще, ювелирные разновидности халцедона, имеющие разные окраски, имеют множество названий. Так,  в России популярны термины сердолик для выделения красно-оранжевых и желтовато-красных халцедонов [4].  

Халцедон часто имеет полосчатую окраску. Наиболее популярный в России полосчатый халцедон - это агат. В агате обычно параллельные слои халцедона различной окраски причудливо формируются в затейливый рисунок.

Если разноцветные полоски прямые и параллельные, то такой агат называется ониксом (это название нельзя путать с мраморным ониксом, имеющем совершенно иную природу). Оникс с четкими параллельными бурыми и белыми полосами называется сардониксом. Сардоникс можно в равной мере считать как разновидностью оникса, так и агата [5].  

Очень популярен черный окрашенный халцедон под исторически сложившимся названием "черный оникс" (к ониксам он не относится, т.к. не имеет полосчатой окраски).

На Урале добывается особая разновидность агата, в котором слои халцедона как будто "текут" причудливыми струями.

Часто в халцедоне встречаются включения в виде чешуек и дендритов (хлорита, оксидов марганца, железа и др.). Узоры зеленого хлорита в халцедоне порождают моховой агат или моховик (агат - неправильное, но устоявшееся название: этот халцедон не имеет полосчатой окраски). Марганцевые дендриты черного цвета создают черный агат (также халцедон, а не агат). Еще один чудесный халцедон - огненный агат, имеющий благодаря включениям разноцветную  иризацию, также скорее следует относить к халцедонам, а не агатам.

Некоторые ювелирные халцедоны не обладает прозрачностью. Это темно-зеленый с красными пятнами гелиотроп или кровавый камень, желтый, бурый, синий кремень (с примесями кварца, опала и др.) [5].

Халцедон – один из тех камней, которые благодаря своим особенным свойствам и многообразию разновидностей начали добываться одними из первых на земле. Разновидности халцедона стали любимыми камнями Юлия Цезаря, Александра Македонского, Наполеона Бонапарта, Фридриха Великого, Александра Пушкина и многих других знаменитых исторических личностей [3].

В народной медицине считается,  что халцедон — прекрасное средство при нервном истощении, он помогает бороться с депрессией, нормализует сон, избавляет от бессонницы и ночных кошмаров. Халцедон влияет на чакры в зависимости от цвета камня. Магические свойства халцедона известны с древних времен. Считается, что халцедон несет в себе женское начало, стремление к жизни, любви и счастью. В странах Востока из этого камня изготавливали амулеты, изгоняющие тоску и приносящие радость. Современные практикующие маги изготавливают обереги, способные отгонять злых духов, оберегать от ночных страхов. В странах Европы маги применяют халцедон для изготовления оберегов для моряков.

Халцедон покровительствует людям, родившимся под знаком Стрельца. Им он дает уверенность в себе, подпитывает космической энергией [4].

Опытно-практическое исследование геологических находок

Цель исследования – внести вклад в составление и расширение геологоландшафтной картины Томской области.

Задачи:

1.     Описать найденный геологический  материал.

2.     Диагностировать найденные образцы.

3.     Определить экономическую пользу находок для города Северска и Томской области.

Автором на реке Томи в городе Северске были обнаружены самоцветы. Самоцветы размеров гальки для Северска уникальны.

Описание места находки

Самоцветы рис. 1 были найдены в районе города Северска рис.2. Камни были найдены в россыпях гравия, песка.

 

Рис.1 Самоцветы                                          Рис.2 Место находки

Правый берег реки имеет крутой склон. Высота склона 20-30 метров. Часть берега возле воды затапливается. Доступен для изучения, только в середине лета до серидины осени. Берег песчаный. Вокруг есть россыпи гравия. Вблизи образцов автор обнаружил другие объекты рис. 3,4. Также в россыпях гравия был обнаружен кусочек каменного угля рис. 5.

 

Рис.3 Ландшафтные находки          Рис.4 Ландшафтные находки

 

Рис.5 Каменный уголь

Описание геологических  находок

Образец №1 рис.6.Физические свойства: цвет медово - желтый, полупрозрачный (мутный), поверхность сплошная массивная, просвечивает в краях, блеск тусклый восковой, твердость пошкале Мооса примерно 6,5 -7 (не царапается стальным ножом), размер 3см, вес 7,450 грмма (37,3 карат), излом волокнистый.

 

Рис.6  Линкурий, образцы №1, №2, №3

Образец №2 рис.6.Физические свойства: цвет буро - желтый, полупрозрачный, просвечивает в краях, блеск тусклый восковой, покрыт сферолитовыми корками с несколькими почками на поверхности, твердость пошкале Мооса примерно 6,5 -7 (не царапается стальным ножом), вес 4,670 грмма (23,4 карат).

Образец №3 рис.6.Физические свойства: цвет медово – желтый переходящий в розовый, полупрозрачный (мутный), просвечивает в краях, блеск тусклый восковой, поверхность сплошная, твердость пошкале Мооса примерно 6,5 -7 (не царапается стальным ножом), вес 3,370 грмма (16,9 карат), излом волокнистый.

Образец №4 рис.7.Физические свойства: цвет светло – серый с едва заметным желтым  и белым оттенком в некоторых местах, форма округлая выпуклая, поверхность сплошная массивная с недоразвитыми почками внутри, сверху наблюдается слоистость,  камень полупрозрачный (мутный), просвечивает в краях, блеск тусклый восковой, , твердость пошкале Мооса примерно 6,5 -7 (не царапается стальным ножом), , вес 7,150 грмма (35,8 карат).

 

Рис.7 Празем, образец №4

Образцы 1 ,2, 3 имеют свое названия халцедон линкурий. Желтый линкурий, по мнению отдельных толкователей Библии, являлся седьмым камнем на Наперснике первосвященника. Другие исследователи отыскивают признаки наличия линкурия в Небесном Иерусалиме. Желтизна линкурия – следствие примешивания мелкодисперсного гетита (водного оксида железа FeO(OH)) к силикатному массиву. 

Образец 4  по цвету можно отнести к разновидности халцедонов под названием празем. Серый цвет дают как и зеленый вкрапления примеси никеля. Никеля в Томской области практически нет, отсюда больше желтых и красных камней, чья окраска обуславлена наличием примесей железа.

Образец №5 рис.8.Физические свойства: цвет оранжево –красный, поверхность сплошная, наблюдается характерная полосатость, которая формируется в результате перехода закиси железа FeO в окись железа Fe₂O₃ камень просвечивает в краях, блеск тусклый восковой, , твердость пошкале Мооса примерно 6,5 -7 (не царапается стальным ножом), вес 2,730 грмма (13,7 карат).

 

Рис.7 Сердолик - карнеол, образец №5

Образец №6 рис.9.Физические свойства: цвет оранжево – красный, поверхность сплошная, камень непрозрачный, блеск тусклый восковой, выраженных полос нет, окрас пятнистый, твердость пошкале Мооса примерно 6,5 -7 (не царапается стальным ножом), вес 1,210 грмма (6,05карат).

 

Рис.9 Агат, образец №6

Правда, далеко не всякий агат являет собой халцедон в чистом виде. Как это часто случается в минералогии, состав агата может быть сложным. Вместе с халцедоном в состав агата нередко входят кварц, кунцит, опал, морганит и прочие минералы. 

Изученные образцы диагностировались по внешним признакам. По каталогу минералов, определены названия камней. С помощью взвешивания определили караты найденных  камней.

 Экономическая роль исследования заключается в добычи и применении халцедонов:

1. Халцедоны могут использоваться в качестве кристаллических пьезоэлектриков, например, в приборах, где нужна поляризация электрического поля. Пьезоэлектрики широко используются в акустике, ультразвуковой технике, радиовещании, акустоэлектронике, дефектоскопии и в других областях.

2. Добыча халцедонов позволит развить направление художественной резке по камню.

Выводы:

1.   Проведен первичный анализ данных шести образцов  и их характеристик. Получено представление о местонахождении находки, о морфологическом состоянии образцов.

2.   Проведена диагностика халцедонов, учтены все особенности внешнего строения, минералы названы по систематике минералов.

3. Результатом работы является разведка места, сбор образцов, на основании свойств минералов сформулировано предложение использования халцедонов в качестве сырья для изготовления пьезоэлектриков, сувениров и ювелирных изделий из полудрагоценных камней.

Список литературы

1. Каталог минералов и самоцветов мира Оксиды и гидроксиды: Кварц http://www.webois.org.ua/jewellery/stones-katalog/mineral-kvarc.htm

2.     Каталог http://mineralcatalog.com.ua/xalcedon-skrytokristallicheskii-kvarc-chalcedony

3.   Сайт: "Рисуя Минералы" / "Mineral Drawings" http://mindraw.web.ru/bibl12.htm

4.     Полная энциклопедия камней и амулетов Селина Авнеров                                                                          http://www.bibliotekar.ru/encKamney/7/21.htm

5. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. -2-у изд., стер. – М.: Химия, 1995г. 400с.: ил. (Научно – популярная б-ка школьника)