III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИЗУЧЕНИЕ ОБРАЗЦОВ КВАРЦА ИЗ МОЕЙ КОЛЛЕКЦИИ
Мельцина М.Н.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Я занимаюсь во дворце творчества детей и молодёжи второй год. Осенью и весной у нас проводится полевая практика по обследованию территории города, по нахождению минералов. Я очень люблю находить новые минералы. Они одно из прекрасных и удивительных явлений нашей планеты.

Коллекционирование минералов и их изучение чрезвычайно увлекательное и вместе с тем серьезное занятие. Любая коллекция, личная маленькая или, как в музеях огромная, все они имеют в первую очередь, выраженную учебно-методическую направленность. Считаю, что каждый экспонат из коллекции уникален, особенно с познавательной точки зрения.

История коллекционирования минералов уходит в далекое прошлое. Еще в 1763 году М.В. Ломоносов описал 58 минералов, а через 70 лет минералог Д.И. Соколов изучил уже 297 видов. В наше время число описанных минералов больше четырех тысяч.

Владимир Иванович Вернадский в статье (О минералогическом собрании Радищевского музея), ещё в 1901 году писал, что «Одной из задач минералогов в России является точное изучение всей огромной территории нашей страны с точки зрения ее химических процессов. Для такого изучения у нас не хватает документов…. В идеале, очевидно, стоит приобщение каждого человека, каждого члена общества к научной работе, которая доступна всем и по бесконечности природных процессов дает поле работы для всякого. Участие в этой работе открывает каждому новые стороны мира, вызывает в нем к жизни глубокие стороны его сознания. Как религия, так и наука - есть достояние всех» [2].

Способность «видеть минерал» приобретается путем систематического изучения коллекций минералов, не только путем их рассматривания, но и посредством различных экспериментов на образцах [3]. Только опыты на минералах и их сбор на месторождениях, в конечном счете, дают полноценное знание науки о минералах. Поиски минералов - самая важная задача исследования, которая решается при изучении вещественного состава руд или горных пород.

Прочитав эти слова, становится понятным, что изучение маленького месторождения и составление личных коллекций важно для исследования Земли.

У меня есть небольшая коллекция минералов. Больше всего мне нравится горный хрусталь. В коллекции есть несколько образцов кристаллов кварца с разных проявлений. Но меня заинтересовал кварц, найденный на проявлении «Антоновка».

Проявление кварца открыто недавно, оно находится недалеко от города и еще хорошо не исследовано. Горный хрусталь там красивый.

Актуальность темы:

Жизнь без минералов невозможна. А чтобы знать, как их использовать и где найти нужно все о них знать. Для этого мы и изучаем геологию. Мало кто задумывается, что минералы представляют собой не только культурно-эстетическую ценность, но и несут в себе информацию о геологических процессах, происходивших много тысячелетий назад.

В настоящее время информация о профессиях, связанных с геологией, минералогией недостаточно широко освещается в общеобразовательных учреждениях. Большинство ребят не знают, как коллекционировать минералы и зачем это делать.

Своей работой, исследованием проявления кварца «Антоновка», изучением, диагностикой и описанием образцов горного хрусталя из моей коллекции, хочу привлечь подростков к проблемам изучения геологии. Получая практические и теоретические знания, мы в дальнейшем сможем помочь в поиске и изучении полезных ископаемых.

В проведении работы были использованы методы изучения литературы, опроса, геологического поиска и разведки, наблюдения, эксперимента и диагностики, фотографирования, сравнения, систематизации и анализа. Объектом исследования является проявление кварца, а предметом - образцы кварца с проявления «Антоновка» из моей коллекции.

Гипотеза: На проявление кварца «Антоновка» найден горный хрусталь.

Цель: Изучить и описать образцы кварца с проявления «Антоновка».

Задачи:

1. Изучить историю открытия проявления кварца «Антоновка».

2. Провести разведку по нахождению проявления кварца, описать его, собрать материал для исследования.

3. На контрольных образцах кварца провести работу по диагностике для выявления вида минерала, описать.

4. Проанализировать результаты.

Методика выполнения работы

1. Из литературных и интернет источников узнать о генезисе и свойствах кварца.

2. Найти и изучить историю открытия проявления кварца «Антоновка».

3. Провести разведку по нахождению проявления кварца, описать его, собрать материал для исследования.

4. Препарировать образцы кварца из моей коллекции.

5. На контрольных образцах кварца провести работу по диагностике для выявления вида минерала, описать.

1). Визуальный осмотр образцов и осмотр с помощью лупы:

- определение внешней формы;

- облик минерала;

- окраска;

- блеск;

- прозрачность;

- включения, дефекты граней.

2). Определение твердости по шкале Мооса;

3). Цвет черты (порошка);

4). Определение плотности минерала;

5).Определение излома и спайности минерала.

6. Составить таблицу по экспериментально полученным результатам.

7. Составить сравнительную таблицу экспериментально полученных результатов с данными справочной литературы [3].

8. Проанализировать полученные результаты.

9. Своей работой показать ребятам, что геологией можно заниматься, изучая свой край, а не только, где есть крупные месторождения,

1. Литературный обзор

  1.  
    1. Минерал

Под минералами в настоящее время подразумеваются составные части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т. д.)[1].

1.2 Кристаллы.

Кристаллами называют все твердые тела, имеющие многогранную форму, и обладают закономерным внутренним кристаллическим строением [6]. По внутреннему строению кристаллические вещества представляют собой строго упорядоченные структуры, состоящие из химических элементов – атомов, ионов.

1.3 Свойство минералов

Минералы как физические тела обладают широким разнообразием таких свойств, как цвет, твердость, блеск, удельный вес и др.[1]. В зависимости от химического состава и кристаллической структуры эти свойства у различных минералов проявляются по-разному. Каждый минерал характеризуется какими-либо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других.

1.4 Группа кварца

Минералы, входящие в эту группу, имеют один и тот же очень простой состав - SiO2 [1].

α-кварц-SiO2. Эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем; происхождение названия остается неизвестным. Кварц является одним из наиболее распространенных в земной коре и наилучше изученных минералов.

Сингония. Более устойчивая при температурах ниже 573° (при атмосферном давлении) модификация α-кварц кристаллизуется в тригональной сингонии.

Кроме явнокристаллических модификаций α- и β-кварца известны скрытокристаллические разности, обладающие волокнистым строением: халцедон и кварцит, отличимые друг от друга только по оптическим свойствам.

Свойства:

Черта - белая.

Блеск - от стеклянного до жирного на изломе.

Прозрачность - прозрачный, просвечивающий.

Твердость -7; хрупкий.

Плотность -2,52 - 2,65 г/см3.

Излом - раковистый, неровный.

Сингония - тригональная, тригонально-трапецоэдрический вид симметрии.

Спайность - неясная по ромбоэдру.

Происхождение. Кварц, будучи широко распространен в природе, входит в состав самых различных по генезису горных пород и рудных месторождений.

В крупных кристаллах (раухтопаз, морион, аметист и др.) он встречается в пустотах среди пегматитов также в ассоциации с полевыми шпатами, мусковитом, иногда топазом, бериллом, турмалином и другими минералами.

Как постоянный жильный минерал, и притом в значительных массах, кварц распространен в чрезвычайно многочисленных на земном шаре гидротермальных месторождениях.

1.5 Горный хрусталь

Минерал группы кварца (его разновидность), семейство кремнезема. Оксид кремния. Горный хрусталь. Название горный хрусталь ввел в употребление древнегреческий ученый Теофраст [7]. Происходит оно от греческого кристаллос - лед, спрессованный временем и громадным давлением ледников. Лишь в XVII веке знаменитый английский физик Роберт Бойль окончательно и четко определил горный хрусталь как минерал. Сделано это было сравнением характеристик плотности воды, льда и горного хрусталя.

Форма кристаллов весьма разнообразная, с характерными гранями призмы, часто с горизонтальной штриховкой. Облик кристаллов может варьироваться от коротко - до длиннопризматического. Распространены закономерные срастания кристаллов горного хрусталя - друзы.

Размеры кристаллов колеблются от 1-2 мм. до 1-2 м.

Условие образования и нахождения:

Кристаллы горного хрусталя имеют гидротермальное происхождение и образуются в полостях пегматитов и кварцевых жил.

В промышленности применяется в качестве пьезоэлектрика. Промышленные требования к пьезокварцу значительно выше, чем к ювелирному кварцу. Такие кристаллы горного хрусталя должны быть достаточно крупными, идеально прозрачными, без окраски, не содержать включений и трещин. По этому, стоимость пьезооптического кварца значительно выше ювелирного.

1.6 Геология района

Город Снежинск, географически расположен на границе Среднего и Южного Урала, между городами Челябинск и Екатеринбург, и находится на Восточно-Уральской зоне прогибов и поднятий (рис.1 прил.). Вся структура в целом насыщена интрузивными образованиями – преимущественно гранитами, диоритами и сиенитами [4]. Это цепь массивов, проходящая через весь Урал, получила название гранитная ось Урала. Сами интрузии, вмещающие их породы, рассечены большим количеством даек и жил самого разного состава. Вот в них то и образовались скопления минералов.

Урал, несомненно, относиться к числу уникальных геологических узлов земной коры.

2. Основная часть

Минералы интересны с научной точки зрения, потому что они могут рассматриваться, как материал для научных исследований. Кроме эстетической ценности, по ним можно изучать геологию нашего края, узнать, предположить изменения, которые происходили с Землей в наших местах. Они являются свидетелями процессов, происходивших в земной коре миллионы лет назад.

Считаю, что важно сохранить кристаллы в природной форме, для последующего изучения, так как сейчас я только учусь находить и определять минералы. В дальнейшем мои исследования и сами образцы из моей коллекции можно использовать для изучения химии Земли в наших местах.

Прежде чем приступить к исследованию проявления кварца «Антоновка», была изучена литература по свойствам и генезису кварца (рис. 2 прил.).

2.1 Кварц

Кварц - «глава» многочисленного семейства, число членов которого исчисляется сотнями, и у каждого из них свое имя (горный хрусталь, аметист, цитрин, яшма и т.д.) [5]. Все они отличаются друг от друга внешним видом или внутренним строением, но имеют очень простой и постоянный химический состав, соединение кремния с кислородом – окись кремния SiO2.

Если предположить, что у камня, как и у человека, свой характер, то у кварца он очень не постоянен. Какие только формы он нам не демонстрирует, трудно даже сравнивать их между собой.

Кислород и кремний считаются самыми распространенными на Земле элементами и составляют около 70% верхней части земной коры.

Кристаллы кварца, рожденные в идеальных условиях к какому бы происхождению они не относились, к пегматитовому (рис.3 прил.), или гидротермальному (рис.4 прил.), имеют форму хорошо образованных кристаллов – гексагональную призму и ромбоэдр (рис.5 прил.). Горный хрусталь самый известный из всех разновидностей кварца. В своей чистой форме горный хрусталь абсолютно прозрачный и бесцветный. Кварц, как минерал вездесущ и встречается во многих месторождениях, в которых проявляются своеобразные ему черты, присущие именно этому месту. Это может выражаться в необычности цвета, формы кристаллов, ювелирных качествах или определенных включениях.

Многообразие его обусловлено тем, что кристаллы кварца зарождаются в разных геологических условиях, которые характеризуют только данное месторождение.

2.2 Проявление кварца «Антоновка»

Историю открытия проявления кварца «Антоновка» рассказал мне Антон Ковалев. По его рассказу, в ходе очередной разведки по поиску новых проявлений минералов на территории нашего города, он с дедом, на полосе, вспаханной от пожара, обнаружил выход кварца. Покопавшись, они нашли небольшую щетку горного хрусталя. Был заложен разведочный шурф. Между кусками полумолочного шестоватого кварца, заполненияглинистой, липкой породой. Там были обнаружены красивые щетки прозрачных и полупрозрачных, низеньких кристаллов кварца (рис. 6 прил.). Так как он трудился на ней очень усердно, дед назвал проявлению кварца по его имени.

По привязке данной нам при опросе А. Ковалева, я проложила маршрут нахождения проявления кварца «Антоновка» на карте (рис.1).

Рис.1 Местонахождение проявления кварца на карте Масштаб: 2см-1км

Осенью я повела группу ребят нашего направления (рис.7 прил.) найти это проявление, и мы нашли это место. Место расположено в западном направлении от города, недалеко, в лесу. Рядом проходит просека. На территории примерно 50 на50 метров были обнаружены 4 небольших шурфа. Я заложили новый разведочный шурф (рис.8 прил.). Интересно то, что кристаллы и щетки кварца (рис.9 прил.) находятся прямо под дерном. Собрала образцы кварца для исследования (рис.10 прил.).

2.3 Диагностика контрольных образцов кварца

На контрольных образцах кварца из моей коллекции была проведена диагностика по оптическим и физическим свойствам для выявления вида минерала.

Мы знаем, что минералами называют однородные по составу и строению составные части горных пород и руд, входящие в состав твердой земной оболочки. Они имеют однородный химический состав и характерную кристаллическую решетку, которая придает минералам определенные физические и химические свойства.

Свойства, которые позволяют надежно различать минеральные виды между собой, называются диагностическими признаками, а выявление этих признаков на минерале и процесс его идентификации - определением минерала. Определение минералов визуально и с применением простейших приемов, имеет важное значение для их дальнейшего изучения и поиска.

Оптические свойства:

Самым ярким признаком кристаллов является его кристаллическая форма, т.е. облик минерала.

Минералы группы кварца, имеющие кристаллический облик относятся к горному хрусталю.

При визуальном осмотре выяснила, что образцы кварца – щетки, состоящие из кристаллов (рис.11 прил.). Одиночные кристаллы кварца обычно встречаются в виде призм, оканчивающихся ромбоэдрами. Кристаллы на наших щетках низенькие, имеют форму гексагональной призмы с хорошо выраженным ромбоэдром. Кристаллы находятся на кварцевой подложке (рис.12 прил.). На некоторых щетках кварц лучистый, состоит из набора мелких длинных кристаллов, выходящих из одного места, они расположены слоями (рис. 13прил.). Размеры кристаллов на щетках доходят до 3см в высоту (рис.14 прил.). На гранях некоторых кристаллах бурый налет, то есть, они покрыты тоненькой пленкой, гидроокислов железа (рис. 15 прил.).

Кристаллы на щетках прозрачные и полупрозрачные (молочного цвета) (рис.16 прил.). Считается, что из-за внутренних пузырьков газа и мельчайших трещин камень имеет молочно-белый матовый цвет.

При осмотре кристаллов на щетках при помощи лупы, видны включения, газовые пузырьки (рис.17 прил.) и небольшие вкрапления бурого цвета (рис. 18 прил.). На некоторых гранях кристаллов кварца видны дефекты в виде ямок (фигуры травления) и горизонтальная штриховка. Головки хорошо оформленные, часто грани состоят из набора прилипших мелких кристаллов (рис.19). Но самое интересное, что некоторые кристаллы на щетках покрыты более мелкими кристалликами (рис.20 прил.). Они облепили более крупные кристаллы маленькими кристалликами и блестят как иней на кустах зимой. Все результаты занесла в таблицу (Таблица 1).

Таблица 1 Данные по визуальному осмотру

Физические свойства:

У всех минералов цвет в объеме и в порошке часто различен. Черта минерала – его характерный диагностический признак. На фарфоровой пластинке наш минерал оставляет белую черту. Цвет черты прозрачного кварца белый, что соответствует цвету черты хрусталя.

Твердость - способность минерала сопротивляться внешнему механи­ческому воздействию. Относительную твердость камня определяла по шкале, предложенной в 1822 г. Ф. Моосом (рис.21 прил.). Метод основан на способности твердых минералов оставлять царапи­ну на поверхности менее твердых. Наш хрусталь оставляет слабые царапины на ортоклазе (тв.6 по шкале Мооса), а на турмалине (тв.7,5) - нет. По результатам эксперимента, средняя твердость по контрольным образцам кварца 7.

Механическое свойство – спайность, излом проявляется при внешнем воздействии силы на камень. Разбила один образец молотков (рис.22 прил.). Эксперимент показал, что излом кварца с проявления «Антоновка» больше похож на раковистый, неровный (рис.23 прил.). Спайность отсутствует.

Удельный вес (плотность) определяла методом вытеснения жидкости (рис. 24 прил.), т. е. путем взвешивания образца и измерения объема вытесненной им воды в сосуде (рис. 25 прил.). Удельный вес - отношение веса кварца к занимаемому им объёму. По экспериментальным данным средний удельный вес кварца получился 2, 63 г/мм3 , что соответствует плотности кварца по справочной литературе.

Магнитом наши образцы не притягиваются.

3. Результаты

После установленным внешним признакам и полученным результатам экспериментальных опытов диагностики образцов, мы отыскивается минерал по специальным определительным таблицам. Такой прием определения минералов является универсальным для любого уровня исследований. Им должен владеть каждый минералог профессионал или любитель. Сравнив полученные результаты по данным справочной литературы [3], выяснила, что у меня в коллекции образцы кварца (таблица 2).

Таблица 2 Сравнительная таблица

После обсуждения полученных результатов по визуальному осмотру (таблица 1) было сделано следующее заключение: образцы с проявления кварца «Антоновка», является горным хрусталем (на щетках кристаллы кварца) в виде небольших низеньких щеток. Кварц, имеющий кристаллическую форму – горный хрусталь.

Кристаллы имеют включения, пузырьки и небольшие трещинки. На многих из них сверху наросшие мелкие кристаллики кварца. Такой кварц еще называют кактусовым.

В результате проведенных исследований нами было установлено, что обнаруженные на проявлении кварца «Антоновка образцы горного хрусталя.

4. Заключение

Целью работы было изучение и описание горного хрусталя с проявления кварца «Антоновка».

Поставленные в данной работе цели достигнуты при использовании доступных для нас средств.

В ходе работы из литературных и интернет источников узнала о генезисе и свойствах кварца.

Изучена справочная литература, найдены описания минералов кварца и горного хрусталя.

В ходе опроса - беседы узнана об истории открытия проявления кварца «Антоновка». По данной привязке на карте проложен маршрут для поиска этого места.

Проведена разведка по нахождению проявления кварца. Оно найдено и описано. Собран материал для исследования в виде кристаллов кварца и щеток.

Все образцы препарированы, описаны, сфотографированы.

На контрольных образцах кварца проведена диагностика по физическим свойствам минерала.

Выполнены таблицы по визуальному осмотру и сравнительная таблица по физическим свойствам минерала. Результаты диагностики показали, что изучаемые образцы кварца являются горным хрусталем.

Полученные результаты по экспериментальным данным проанализированы и сделаны выводы.

Выводы

- на проявлении кварца и в моей коллекции кристаллы и щетки горного хрусталя. Гипотеза доказана;

- собирательство минералов требует определенных знаний во многих областях геологии, минералогии, методов поиска;

- собранная коллекция образцов кварца представляет научный и учебно-познавательный интерес;

- своими исследованиями показала, что в нашем городе есть все условия для занятий практической геологией. Территория г.Снежинска еще мало изучена.

В дальнейшем попытаюсь более тщательно изучить проявление кварца, и на своих исследованиях сделать предположения о происхождение (генезисе) кварца с проявление «Антоновка», попытаюсь узнать, что же происходило на этом маленьком кусочке снежинской земли в те далекие времена.

«Не можно научиться распознавать их (минералы) по одним книгам; надлежит их видеть, видеть часто, надлежит сличать их, разбирать на образцах, в чем состоит сходство их или различие …, но что бы обнять всю оных обширность, надо иметь собирание оных, расположенных в приличном порядке» Академик В.М. Севергин (1765 – 1826)

Практическое использование работы

Полученные в работе данные можно использовать на уроках по краеведению в школах г. Снежинска.

С целью привлечения подростков к изучению родного края можно проводить тематические уроки для детей моей школы.

Список использованной литературы и интернет источников

1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии: Учебное пособие/под науч. Ред. Б.И.Пирогова и Б.Б.Шкурского. - КДУ, 2008.-736с.: ил., табл.

2. Вернадский Владимир Иванович, О минералогическом собрании Радищевского музея, "Волга", 1989 г, номер 8, стр. 188-191.

3. Вертушков Г.Н., Авдонин В.Н. Таблицы для определения минералов по физическим и химическим свойствам. – М.: Недра, 1992. – 489с.

4. Левит А.И. Южный Урал: География, экология, природопользование. Учебное пособие. 2-е изд. испр. и доп./Челябинск: Юж.-Урал. кн. изд-во, 2005-246с

5. О`Доноху М. Кварц. –М.: Мир, 1990. – 136с.

6. О`Доноху М. Путеводитель по минералам для начинающих. –Л.: Недра, 1985. – 207с.

7. http://www.catalogmineralov.ru/article/88.html, Каталог минералов

Приложение

Рис 1 Карта нахождения г.Снежинска Рис. 2 Изучение литературы по теме

Рис. 3 Геологическое строение Рис.4 Геологическое строение гидротермальной жилы

пегматитовой жилы

Рис.5 Форма кристалла кварца – Рис.6 Щетка кристаллов кварца

гексагональная призма и ромбоэдр

Рис.7 Группу ребят направления «Кристаллография» Рис.8 Новый шурф

Рис.9 Щетка кристаллов кварца Рис. 10 Сбор образцов кварца

Рис. 11 Щетка горного хрусталя Рис.12 Кристаллы хрусталя на

кварцевой подложке

Рис. 13 Лучистые кристаллы кварца Рис. 14 Размеры кристаллов до 3 см в высоту

Рис. 15 На гранях кристаллов Рис. 16 Кристаллы на щетках прозрачные и

бурый налет. полупрозрачные

Рис. 17 Включения и пузырьки в кварце Рис. 18 Бурые включения в кварце

Рис. 19 Прилипшие кристаллики на Рис. 20 Слой из мелких кристаллов

грани

Рис. 21 Измерение твердости

Рис.22 Воздействии силы Рис. 23 Излом раковистый неровный

ударом молотка на камень

Рис. 24 Измерение объема образца Рис. 25 Взвешивание образца

0