XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование природных геологических объектов регионов России

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Васильев М.А. 1

---

1МБОУ гимназия «Эврика» им. В.А. Сухомлинского г.-к. Анапа

Салогуб Н.Е. 1

---

1МБОУ гимназии «Эврика» им. В.А. Сухомлинского г.-к. Анапа

Работа в формате PDF

14.8 MB

ВВЕДЕНИЕ

Увлечение и коллекционирование минералов, посещение многочисленных минералогических и геологических музеев в Москве, Санкт-Петербурге, Миассе, Краснодаре и многих других городах страны, прочтение книг по минералогии, кристаллографии, геологии подтолкнуло меня к более глубокому изучению этих интереснейших наук. Готовясь и участвуя в Олимпиадах для школьников «Геология» и «Кристальное дерево знаний», устраиваемых геологическим факультетом МГУ им. Ломоносова в г. Москве (приложение № 1, стр. 23) я понял, что геология - это химия, физика, кристаллография, петрология, геодинамика, палеонтология и множество других областей знаний, изучающих состав, строение, происхождение и развитие Земли. Меня всегда интересовало происхождение минералов и горных пород. Как они формируются под влиянием внутренних процессов планеты - магмы, температуры, давлении, и внешних - Солнца, ветра, воды - иногда горячей и соленой. Из литературы я узнал, что некоторые минералы и горные породы (особенно глубинного, магматического происхождения) могут быть опасными при из-за содержания радиоактивных или токсичных химических элементов. Мне стало интересно, насколько безопасна моя коллекция минералов и горных пород, которые я нахожу на различных месторождениях, получаю в подарок, обмениваюсь с друзьями и одноклассниками? У меня появилась гипотеза, что в горных породах и минералах, которые мы собираем и изучаем могут быть химически и радиоактивно небезопасные элементы. Для проверки этой гипотезы я поставил цель - изучить доступные месторождения минералов и горных пород на территории России для понимания не только их происхождения и формирования, но и определения потенциально опасных геологических объектов. В ходе этих экспедиций я собрал большую коллекцию интереснейших образцов минералов и горных пород, создал эталонные экземпляры для диагностических опытов, сформировал онлайн и оффлайн карту посетивших геологических объектов, нашел потенциально опасное месторождение, накопил большой багаж знаний для своей исследовательской работы, в том числе и для передачи полученных знаний одноклассникам и всем интересующимся геологией и минералогией.

Актуальность. Геология изучает различные процессы на Земле - от минералов и горных пород до тектонических движений и изменений климата, помогает человечеству рационально использовать природные ресурсы, предсказывать природные катастрофы, создавать безопасные условия для жизни, вносит вклад в изучение изменений климата, истории Земли и даже в космические исследования, где её методы применяются для изучения других планет и Вселенной. Люди любят собирать и коллекционировать минералы, но не всегда задумываются что их происхождение или химический состав таит в себе тихую угрозу и опасность, и некоторые очень красивые и интересные образцы не стоит даже держать в руках. Данная работа направлена на исследование процессов, которые формируют минералы и горные породы внутри планеты и на ее поверхности, на понимание и определение потенциально опасных угроз при сборе минералогических коллекций, с помощью знаний и инструментов, доступных любому школьнику. Методика добычи и изучения минералов и горных пород, полученная мной в процессе исследования, помогут любому школьнику не только изучить геологические объекты, но и безопасно собрать свою коллекцию.

Цель. Исследоватьгеологические объекты регионов России, для выявления опасных и безопасных мест при их посещении, сборе минералов и горных пород.

Были поставлены интереснейшие задачи:

1.Изучить литературу по минералогии, геологии, кристаллографии. Статьи и книги описывающие интересующие месторождения и минералы. Посетить минералогические и геологические музеи, по возможности пообщаться с геологами, изучить геологические карты месторождений. Составить карту экспедиций в приложении Яндекс Карты.

2. Применить полученные знания в экспедициях. Изучить на месте месторождения и объекты, ярко отражающие геологический процесс формирования минералов и горных пород. Выявить повышение радиоактивного фона и химически опасные элементы на месторождениях (при наличии).

3. На месте отсортировать образцы, применив знания о свойствах радиоактивности некоторых минералов (при помощи дозиметра RADEX 1503 - не более 0,30 Мкз/час) и их возможных токсичных воздействиях.

4. Дома изучить собранные образцы при помощи микроскопа, ультрафиолетового фонаря, фарфорового бисквита для определения цвета черты. Установить твердость минералов по шкале Мооса, установить плотность, повторно проверить минералы при помощи дозиметра на радиоактивность. Определить включения, провести опыты, сделать предположения о возможном происхождении минералов и горных пород.

5. Из минералов сформировать мини-коллекцию для демонстрации. Создать эталонные образцы, помогающие в диагностике твердости минералов. Создать карту посетивших объектов с фото минералов, отметив потенциально опасные участки.

6. На основе полученных знаний и опыта провести урок в классе с использованием коллекций и вспомогательных инструментов. Провести анкетирование среди одноклассников. С полученными знаниями принять участие в Олимпиаде по геологии, которую каждый год проводит Геологический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова в Москве.

Объект исследования. В основу работы положены наблюдения и геологический материал, собранный в полевых условиях в экспедициях (2025-2026 гг.) на многочисленные месторождения России: Среднего и Южного Урала, республики Татарстан, Краснодарского края, республик Северного Кавказа и пр.

Предмет исследования. Рабочая коллекция, добытая в результате экспедиций, состоящая из более 300 образцов минералов и горных пород, в том числе те, которые будут описываться в данной работе: кремень (2), кварц (30), агат (15), авантюрин (7), яшма (10), опал (5), гранат (30), пегматит (5), барит (3), кальцит (8), галенит (9), гипс (30), анапаит (3), вивианит (4), нефтяной песчаник (5), нефть (1), битум (2), флюорит (30), обсидиан (50), самородная сера (65), халцедоны с жеодой (20).

Методика. Изучение доступных источников информации (литература, музеи, Университет МГУ им. М. В. Ломоносова, профессиональные геологи, минералогические выставки), сбор и анализ образцов, эксперимент, тестирование.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Химическая лаборатория Земли

Коллекционирование минералов для меня является одним из наиболее интереснейших увлечений. Посетив большое количество музеев и прочитав литературу я понял, что минералы и горные породы - такая же часть окружающей нас природы, как растения и животные. Что самое поразительное - мир минералов гораздо древнее животного мира. Наука о составе, строении, свойствах и происхождении минералов называется минералогией.

Минералогия - геологическая наука. В настоящее время известно около 6000 тысяч природных минералов и их разновидностей, и каждый год открываются новые. Минералы (от лат. minera – руда, ископаемое) – это природные химические соединения или самородные элементы, образовавшиеся в результате естественных физико-химических процессов в земной коре или на поверхности Земли. Минералы входят не только в состав земной коры. Известно, что планеты земной группы, астероиды, Луна, метеориты, частицы космической пыли также состоят из минералов. Внешние и внутренние условия рождения минералов резко различны. Все эти процессы формируются за счет внешней или внутренней энергии. Получается, что наша планета - настоящая огромная химическая лаборатория.Большинство минералов имеют кристаллическое строение - атомы и молекулы, располагаются в строго определенном порядке, образуя кристаллическую структуру. Почти все минералы имеют эту структуру, кроме аморфных веществ (янтарь, опал, жемчуг, шунгит и пр.) [1, 3, 7].

Эндогенные и экзогенные образования минералов. Природная опасность

Я узнал, что в природных условиях минералы образуются различными путями. Их возникновение может быть связано как с эндогенными (от греч. endon – внутри и genesis – происхождение), так и с экзогенными (от греч. exo – вне, снаружи) процессами.

Эндогенные процессы протекают при высоких температурах и давлении внутри планеты, когда участвуют в процессе образования минералов и пород магма, жидкие растворы и газы. Минералы кристаллизуются из магматических расплавов в зависимости от температуры их плавления. Процессы протекают на различных глубинах и при различных, но обычно высоких температурах. С этими процессами связано формирование рельефа Земли и образование многих важнейших полезных ископаемых. Иногда подъем магмы сопровождается взрывами, которые дробят горные породы и выбрасывают на поверхность минералы, образовавшиеся на больших глубинах. Эти «трубки взрыва» содержат редкие минералы, рожденные при очень высоких температурах и давлении. Такими являются кимберлитовые алмазоносные трубки.. При остывании магмы выделяется большое количество летучих веществ в виде газов и растворов. Проходя по трещинам в окружающих горных породах, они остывают и образуют разнообразные породы - пегматиты, грейзены и гидротермальные жилы, содержащие важнейшие руды металлов (золота, серебра, платины, никеля, меди, свинца, цинка, олова, вольфрама и пр.), редкоземельных элементов, драгоценных минералов, часто крупного размера (кристаллы кварца, берилла, турмалинов, топаза, кальцита, пирита, и пр.). Рождаются не только новые минералы, но и горные породы. Такие как гнейсы, сланцы, кварциты, мрамор [1, 3, 7, 10]. Магматические породы являются наиболее радиоактивными из-за наличия природных радиоактивных элементов (минералы урана и тория) и химически опасными (галенит, асбест, сера, киноварь и т. д.)

Экзогенное минералообразование - геологические процессы, действующие на поверхности Земли под влиянием кислорода, углекислого газа, воды, ветра, солнечной энергии. Как только минерал оказывается на поверхности земли, на него начинают действовать эти многочисленные внешние силы. При этом часто образуются новые минералы. В условиях жаркого климата в морях и озерах выпадают в осадок различные соли, образующиеся на дне месторождения. Минералы и руды формируются по всей поверхности планеты - на суше, в реках, озерах, морях и океанах. Горы разрушаются внешними силами Земли - ветром, водой, суточными и сезонными колебаниями температуры, движением ледников. Реки активно переносят большое количество обломков - крупные валуны, пески и глины. Таким образом образуются россыпные месторождения золота, платины, олова, алмазов и вольфрама. В изолированных бассейнах, расположенных в жарких и пустынных областях (озеро Эльтон, Баскунчак, Мертвое море и пр.) существуют очень соленые воды, называемые рассолами, в которых при интенсивном испарении выпадают в осадок различные соли. Это поваренная соль, калийные соли, соединения, из которых добывают магний, калий, бром, йод, бор и многие другие элементы. В озерах и на морских мелководьях из скелетов отмирающих организмов формируются большие массы карбоната кальция, в результате возникают огромные массивы известняков [1, 2, 3, 4, 7, 14].

Радиоактивные и химически опасные минералы и горные породы в связи с постоянным круговоротом в природе могут оказаться доступны для любителей минералов и нести в себе потенциальную угрозу.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Исследование месторождений

Перед экспедицией и во время нее я с удовольствием побывал (неоднократно) в нескольких минералогических и геологических музеях страны (приложение №1, стр.23): Минералогический, Палеонтологический, Петрологический музеи СПбГУ, Геологоразведочный музей им. Ф. Н. Чернышева (г. Санкт-Петербург), Геологический музей им. В. И. Вернадского, минералогический музей им. А. Е. Ферсмана, музей «Самоцветы» (г. Москва), естественно - научный музей Ильменского государственного заповедника (г. Миасс), «Музей Нефти» - село Шугурово (Татарстан), музей минералов им В. А. Гриценко (Краснодар). Впечатлился увиденным и понял - наша планета настоящая кладовая! Прочитал большое количество литературы о минералах, месторождениях и их геологическом прошлом.

Для детального изучения происхождения минералов и выявления опасных и безопасных месторождений я посетил несколько уникальных геологических объектов на территории России. Область моих исследований охватывала Южный и Средний Урал, Самарская область, Краснодарский край, республики Северного Кавказа (приложение №1, стр. 24-36). Удивительно было оказаться на месторождениях, о которых читал в большом количестве литературы и получал информацию в музеях.

Для успешного проведения экспедиций, помимо накопленных знаний было подготовлено необходимое оборудование: дозиметрRADEX 1503, уф - фонарик, лупа, карманный микроскоп, фарфоровый бисквит, прозрачные защитные очки, небольшая лопатка, кайло, перчатки, справочник по минералогии. Загрузил метки предполагаемых к посещению месторождений и геологических объектов в онлайн и офлайн карты на смартфоне - Яндекс Карты, Googl maps и пр., которые активно и успешно использовал в поисках. Из литературы и в результате экспедиций я убедился, что некоторые минералы и породы могут иметь природную радиоактивность (монацит, гранит) и быть химически активными (галенит, асбест, сера), то есть опасными, что обязательно учитывалось при посещении и изучении некоторых объектов, особенно при сборе образцов [3].

Первая экспедиция была проведена на Южном и Среднем Урале, который является уникальной кладовой различных минеральных и геологических образований в мире. Огромное количество доступных карьеров и месторождений дают возможность детального изучения пород и минералов. Для определения минералов я использовал их диагностические свойства: цвет, спайность, твердость, плотность, иногда характерные включения. Особое значение в определении имеет твердость - сопротивление минерала, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать ее другим камнем или иным предметом. Метод создан немецким минералогом Фридрихом Моосом (1773 - 1839), которая называется минералогической шкалой твердости, или шкалой Мооса [1, 4]. Для определения твердости в полевых условиях я использовал кусочек кварца, стекла, и другие минералы

Кремний.Первыми природными объектами для изучения были выбраны распространенные минералы и породы на Урале, содержащие простое вещество, присутствующее во многих минеральных образованиях - кремний. После кислорода он является самым многочисленным элементом в природе. В свободном виде он никогда не встречается, всегда образует соединение с кислородом, которое носит название кремнезем или окись кремния. Кремнезём присутствует в природе в виде песка и минералов: кварца, горного хрусталя, агата, аметиста, яшмы, полевых шпатов, глин, слюд и др., составляющих основу земной коры [1, 8].

Кварц (цвет - прозрачные, дымчатые экземпляры). Кварц - распространенный в земной коре и лучше всего изученный породообразующий минерал магматических и метаморфических пород. Для его исследования я посетил уникальный природный геологический объект России - Астафьевское месторождение пьезооптического кварца на Южном Урале (приложение №1, стр. 28). Открыто в 1946 г. Являлось крупнейшим и основным источником пьезооптического сырья в России для военно-промышленного комплекса. Пьезокварц - горный хрусталь, не содержащий посторонних примесей, трещин и различных включений. Данное месторождение временно законсервировано. Я узнал, что кварцевая жила образовалась в результате гидротермальных процессов, когда перегретая вода насыщалась кремнезёмом и другими минералами глубоко в недрах Земли, поднималась и остывала, двигалась по трещинам в земной коре, формируя полости с кристаллами горного хрусталя, дымчатого кварца, цитрина [1, 6, 11, 12]. В светлой осадочной породе я нашел крупные, прозрачные образцы горного хрусталя и дымчатого кварца с включением рутила. Рутил в кварце возникает при особых условиях - когда горячий раствор кремнезема проникает в трещины горных пород с содержанием рутила, захватывая последний с свою массу. Это доказывает, что месторождение является результатом гидротермальных процессов. Из литературы я узнал, что кварц обладает низкой радиоактивностью, исключая месторождения с наличием тория и урана [1, 11]. Исследуя данное месторождение и образцы, я убедился о безопасности этого природного геологического объекта.

Опал (цвет - серовато-белый, серовато-бежевый, с дендритовым рисунком, полупрозрачный). Твердый гидрогель, минералоид. Не имеет кристаллической структуры минерала, состоит из полимеризованных нитей аморфного кремнезема, с фрагментами кварца [1, 2, 6]. Я посетил Новотемировское месторождение опала (Южный Урал, Челябинская область), находящееся на гипербазитовом массиве (приложение №1, стр. 29). Гипербазит - ультраосновная магматическая порода, коротая занимает значительную площадь Урала [7]. Были добыты и изучены очень красивые, зеленоватые и белые полупрозрачные дендритовые опалы, в большом массиве серпентинитов, которые образовались в процессе гидротермального изменения гипербазита. В зеленоватом серпентините видно (местами он был полупрозрачен), как кремнезем переходил в коллоидный раствор, впоследствии преобразованный в опал. Не смотря на глубинное происхождение гипербазита (в результате метаморфизма магматических пород) в котором содержится опал, я выяснил, что данное месторождение безопасно.

Агат.Кремнезем, скрытокристаллическая разновидность кварца. Интереснейшие агаты я обнаружил в Челябинской области, в районе реки Караболка. Агаты были в виде сфер, полусфер, овальных образований (приложение №1, стр. 29). Экземпляры различного размера и цвета - от белого, коричневатого до черного с полосчатым рисунком, что характерно для агатов - находились в вязких светло-коричневых глинах (аллювиальных отложениях). Из книг я узнал, что аллювий — несцементированные отложения постоянных водных потоков (рек, ручьёв), состоящие из окатанных обломков различных размеров. Я выяснил, что когда-то вулканические горные породы, в которых образовались агаты (концентрированный водный раствор кремнезема заполняет пустоты пород) были разрушены и водным потоком вынесены в изучаемую местность [1, 4, 13]. Почти все агаты имели природную полировку (окатыши), что свидетельствует о длительном путешествии в водном потоке с песком и обломками горных пород. Некоторые черные экземпляры прекрасно просвечивались фонариком. Агаты могут быть опасны только в результате радиоактивного метода облагораживания, чем данные образцы не являются.

Авантюрин(солнечный камень). Желтоватая или буровато-красная разновидность кварца (кварцита), обладающая красивым искристо - золотистым отливом, с включениями тонких чешуек гематита, биотита, слюды. Я узнал, что почти все обнажения на вершинах Урала сложены из этой горной породы [6]. Для изучения авантюрина я посетил уникальный геологический объект «Каменная река» внациональном парке «Таганай» (приложение №1, стр. 30). Авантюрин залегает мощными пластами в слюдяном сланце, образуя острые скалистые гребни в горах Таганая. Я выяснил, что около 1,5 млрд. лет назад в зоне границ Русской и Сибирской платформ образовался огромный прогиб, который привел к мощному разлому коры и образованию Уральской горной системы. Высокие температуры и давление недр привели к цементации и спеканию отдельных частиц в единую кремнистую массивную породу. Слюда в составе авантюрина — продукт метаморфического перерождения глинистых минералов, которые были в составе кварцевых песков. В процессе таяния ледников, огромный авантюриновый массив сошел в низменную часть территории современного Таганая, заполнив собой огромное пространство, названное Каменной рекой [1, 2, 7, 8]. Авантюрин составляет основную часть Каменной реки, и является галькой во многих реках территории, в которых я собрал несколько образцов Цвет минералов - желтовато-розовый. Интереснейший геологический объект, рекомендованный к изучению.

Наурузовская яшма. Южный Урал, село Наурузово, гора Бугасты. Яшмы — плотные кремнистые породы с большим количеством примесей, образующиеся в результате изменения кремнистых осадочных или вулканогенно-осадочных пород. Яшмовый пояс Урала – уникальное геологическое явление не только для нашей страны, но и для всего мира. Уральский яшмовый пояс тянется вдоль восточного склона Уральского хребта и составляет более двух тысяч километров. Наурузовская яшма - полосатая, яркая, красновато-зеленая, с вишневыми полосами, голубовато-синими и зеленоватыми ровными прожилками. Месторождение представляет собой несколько вертикальных пластов разной толщины, выходящих из земли на большой возвышенности. В состав этой яшмы входят: кварц, гранат, эпидот, амфибол, пирит и гематит, придающие породе уникальную окраску [2, 4, 7]. Наурузовская яшма имеет осадочно-метаморфическое происхождение, является продуктом эндогенных процессов. Несмотря на наличие в примесях большого количества сопутствующих минералов - в безопасности наурузовской яшмы я убедился - прочитал много литературы о яшме и исследовал месторождение (приложение №1, стр. 30).

Пегматит (серо-белая зернистая порода, с включениями различных минералов).Интереснейшая магматическая горная порода, с характерной крупнозернистой структурой, часто обогащенной редкими минералами и металлами. Для изучения этой породы я посетил уникальный геологический объект - Светлинское пегматитовое поле, район г. Пласта, Челябинской области (приложение №1, стр. 31). Я узнал из литературы как формировалось это месторождение вулканических пород с последующим метаморфизмом под воздействием сильных температур и давления. Этот район, имеющий название «Русская Бразилия» приобрел всемирную известность как источник разнообразных самоцветных минералов. В россыпях рек Каменка, Теплая и Санарка обнаруживались такие минералы пегматитового происхождения, как морионы, полихромные турмалины, аквамарины, розовые и золотистые топазы, рубины, шпинель, бериллы, эффектные "волосатики" с рутилом, кианиты, и другие драгоценные и полудрагоценные минералы [1, 7, 13, 15]. Мне удалось побывать в штольне геолога С. В. Колисниченко, где с его помощью я очень подробно изучил пегматит на глубине около трех метров, поработав с ним целый день. Порода представляет из себя рыхлую крупнокристаллическую структуру, с включением мориона, фрагментами берилла, кварца. Из литературы и от геологов я узнал, что пегматит может иметь естественную радиоактивность из-за присутствия некоторых минералов (например литиофорита), обогащенных редкоземельными элементами и ураном. Данная штольня имеет низкие радиационные показатели и является безопасным. Но, это утверждение не является точным в отношении всего месторождения, каждое место требует дополнительной проверки. Вместе с Сергеем Васильевичем были найдены небольшие экземпляры мусковита, берилла, крупные кристаллы мориона. Данный участок безопасен для исследования.

Гранат. Группа минералов с одинаковой структурой, но разным химическим составом, чаще красных оттенков. Имеет очень высокую плотность (3-4 г/см3), что сказывается на его весе, которая чувствуется, когда держишь минерал в руке. Я побывал на месторождении граната - «Поляков лог», район г. Миасс, Челябинская область (приложение №1, стр. 32). Не входит в территорию Ильменского заповедника (куда вход запрещен) и является доступным для посещения. Гранаты - альмандины в виде непрозрачных ромбододекаэдров слагали небольшие россыпные гнезда в хлористом сланце, среди глинистых пород [1, 2, 5, 15]. Были найдены крупные и мелкие, хорошо сформированные кристаллы, непрозрачные темно-бурые, частично замещенные другими минералами (андезин, биотит, ильменит, эпидот) гранаты. Экземпляры не представляли собой гранаты ювелирного качества, но являлись прекрасными образцами для изучения. Гранаты имеют чаще магматическое происхождение - образуются в результате начального процесса кристаллизации в магме. Радиационный фон в норме.

Дальнейшим объектом исследования было нефтяное месторождение в республике Татарстан.

Нефть. Горючее полезное ископаемое, маслянистая жидкость со специфическим запахом. Тема нефти и газа всегда вызывала у меня большой интерес, и я решил изучить эту область геологии полезных ископаемых более подробно. Для исследования происхождения и добычи нефти я побывал в музее Шугуровского нефтяного месторождения -памятника промышленного наследия, основанный компанией «Татнефть» в 2015 году на месте Шугуровского нефтебитумного завода (приложение №1, стр. 32). Расположен в селе Шугурово, Лениногорский район, республика Татарстан. Это первое в республике нефтяное месторождение, от которого ведётся отсчёт истории нефтедобычи Татарстана. В музее представлена старая горная штольня, плавильня, нефтеперегонный цех. Есть возможность приобрести нефть в колбе. Основная залежь нефти этого района содержится в битуминозных песчаниках. В музее я узнал, что приблизительно 370 миллионов лет назад на территории современной Волго -Уральской нефтегазоносной провинции располагался неглубокий водоём, глубина которого увеличивалась из-за повышения уровня Мирового океана. Вулканическая деятельность и распространение сосудистых растений стимулировали накопление осадочных отложений с высоким содержанием органического вещества. Под воздействием давления и температуры из этих отложений сформировалась нефть, которая и образовала нефтяные залежи в песчаниках. В музее я узнал, что сама нефть не радиоактивна, но породы ее вмещающие могут содержать уран, радий, радон, поэтому оборудование для добычи нефти, отходы бурения и пластовая вода могут быть заражены. Место нефтегазодобычи подвергается строгому радиационному контролю и при необходимости утилизации оборудования. Токсичность нефтепродуктов существует при длительном и количественном воздействии, чаще при отсутствии свежего воздуха [4, 10]. Мне удалось исследовать в районе месторождения песчаники, пропитанные нефтью, и собрать несколько образцов. Песчаники были слегка плотной консистенции почти черного цвета из-за наличия битумной нефти, радиоактивный фон образцов в норме.

Следующие экспедиции прошли в горах Северного Кавказа и на территории Краснодарского края.

Штольни Никель, Белореченское месторождение. Поселок Никель, республика Адыгея. Природный музей гидротермального минерало- и рудообразования. Про штольни Белореченского месторождения я впервые узнал в музее минералов

им. В. А. Гриценко г.Краснодара, куда студенты-практиканты геологических факультетов привезли прекраснейшие образцы кальцита, барита, флюорита и многих других минералов этого уникального и известного во всем мире месторождения. Из литературы я узнал, что образование минералов этого месторождения имеет гидротермальное происхождение - горячие высокоминерализованные растворы под давлением просачивались через трещины и полости в земле и кристаллизовались на стенках при остывании. Здесь можно встретить барит, кварц, кальцит, анкерит, флюорит, халцедон, а также сульфиды (галенит, сфалерит, пирит, халькопирит, марказит) и множество других минералов. Изначально месторождение разведывалось как урановое и баритовое, но было признано нерентабельным, и в настоящее время законсервировано. Баритовые жилы месторождения способствовали развитию представлений о физико-химических условиях формирования низкотемпературных гидротермальных месторождений. Белореченское и рудные месторождения в центральной части Северного Кавказа возникли благодаря магматическая деятельность и вулканизму [1, 3, 4, 8, 11, 13]. Экспедиция к штольням (соблюдая все правила безопасности) произвело на меня неизгладимое впечатление (приложение №1, стр. 33). Я знал, что изначально это месторождение было выявлено при помощи гамма - съемки и разведывалось на уран. Поэтому является потенциально опасным для посещения из-за повышенного радиоактивного фона, особенно внутреннее пространство некоторых штолен. На сегодняшний день штольни, связанные с ураном закрыты, доступа к ним нет. Но данное месторождение является единым целым, и исключать излучение по всей местности нельзя, в чем я убедился при помощи дозиметра. Я участвовал в двух сложных экспедициях к штольням, проход в некоторые изучаемые штольни открыт, вероятность повышенной радиоактивности существовала - у входа в штольни дозиметр показывал фон 0,29 мкз/ч (превышение нормы - выше 30 мкз/ч). Было принято решение исследовать только внешнюю часть месторождений, где я нашел интереснейшие образцы кальцита, барита, флюорита, которые после тщательной проверки на радиоактивность и показаниях дозиметра в нормальных значениях, пополнили мою личную коллекцию.

Барит.От греч. - барос - тяжесть. В природе образуется различными путями, в условиях повышенного давления и при низких температурах, чаще в гидротермальных средах, чем и является Белореченское месторождение [11]. Я тщательно изучил образцы барита, представляющие собой сростки кристаллов белого цвета в форме розы. Большой вес минерала ощутим в руке (высокая плотность). Экземпляры светятся красновато - розовым цветом в ультрафиолетовом фонаре (приложение №1, стр. 33). Данные дозиметра были в норме (0,10 мкз/ч). Гидротермальное, эндогенное происхождение.

Кальцит. Один из самых распространенных минералов в земной коре, слагает иногда целые массивы, плотные массы называются мраморами. Наиболее распространённый биоминерал, участвует в строении многих живых организмов, слагая скелеты, раковины и пр. [1]. Относится к слаборадиоактивным минералам. Кальциты, добытые мной в Белореченском месторождении представляли собой крупные полупрозрачные серо-белые кристаллы таблитчатой формы. В уф-фонаре светятся ярко-розовым цветом. Данные дозиметра в норме.

Селенит (атласный шпат). Тонковолокнистая разновидность гипса, имеющая шелковистый «атласный» блеск благодаря параллельно расположенными и плотно прилегающими между собой тонкими минеральными волокнами. Образовался путем перехода ангидрида в гипс. Селенит значительно прочнее обычного гипса [1] Я посетил для изучения селенита гипсовый карьер в республике Адыгея - месторождение лучшего селенита на Северном Кавказе. Белые, голубоватые, оранжево-красные очень интересные образцы были найдены на окраине карьера. Оранжево-красные экземпляры находились на маленьком участке, в красновато-коричневой глине (вероятно с повышенным содержанием оксида железа), что и придавало им такой красивый красно-оранжевый цвет (приложение №1, стр. 34). Радиоактивный фон месторождения и образцов в норме. Прочитав про селенит, я узнал, что при длительном или многократном нахождении на работающем месторождении рекомендуется находится в маске, чтобы избегать вдыхания мелких частиц селенитовой пыли - в больших количествах она опасна.

Гипс. Осадочный минерал, водный сульфат кальция. Месторождения распространены по всему земному шару, формируются в отложениях различного возраста. В значительных массах образуется осадочным путем в озерных или морских соленосных отмирающих бассейнах [1, 2]. Я побывал на месторождении гипса в Крымском районе, Краснодарского края.Месторождение в виде разработанного карьера состоит из слоев известняков, мергелей, алевролитов, различного цвета глин. Особенно выделялся участок серовато-голубоватой, почти черной глины, где были найдены оформленные, очень красивые, прозрачные клиновидные кристаллы гипса. Встречались гнезда крупнокристаллических прозрачных монокристаллов, были найдены сформированные одиночные крупные кристаллы-шестигранники, двойники («ласточкин хвост»), друзы, «рыбки», редкие призматические кристаллы (приложение №1, стр. 34). Цвет - от прозрачного до желтовато-медового. Разнообразие найденных образцов говорит о том, что условия их возникновения и кристаллизации были крайне благоприятные в данной местности. Я провел диагностику на месте - гипс царапается ногтем, раскалывается на ровные пластинки - у него совершенная спайность, радиационные показания в норме. При изучении под микроскопом на плоскостях кристаллов видны включения почвы, которая захватывалась по мере роста кристаллов, и оказывалась внутри минерала. Эта почва легко извлекалась при раскалывании по плоскостям спайности минерала. Гипс формировался в условиях осадочных пород, и в первой половине палеозоя море покрывало почти все пространство Северо-Западного Кавказа, и это месторождение было вероятно замкнутым морским бассейном с повышенной концентрацией солей [2]. Я взял образцы почвы для дальнейшего изучения и экспериментов, и большое количество невероятно красивых, разнообразных кристаллов гипса. Радиационный фон в норме. На работающих карьерах находиться не рекомендуется.

Краснодарский край, Тамань, Мыс Железный Рог.Уникальный геологический объект.Изучая эту местность я нашел редкие минеральные образования, и выделил для подробного исследования два - анапаит и вивианит.

Анапаит. Редкий коллекционный минерал. Водный фосфат железа и кальция. Впервые обнаружен у мыса Железный Рог на южном берегу Таманского полуострова в 1899 году минералогом С. П. Поповым. Назван в честь города Анапы. Местность когда-то представляла собой дно древнего моря, а сегодня это территория железных руд, которые сформировались под воздействием как внешних процессов (ветра, воды, гравитации), так и внутренних (тектонических движений) [1,2]. Минерал встречается в виде зеленоватых прозрачных кристалликов в буром железняке, в окаменелом дереве, внутри окаменелых раковин двустворчатых моллюсков. Анапаит я нашел внутри сферических железистых агрегатов (приложение №1, стр. 35). Диагностика определялась очень хорошо по внешнему виду и характеру месторождения.

Вивианит (синяя земля, синяя железная болотная руда, синяя охра). Гидратированный железосодержащий фосфатный минерал, встречающийся в бурых железняках и торфяниках. При больших количествах в месторождениях используется в качестве дешевой синей краски. Кристаллы вивианита приобретают в зависимости от среды окраску от серо-синего до чёрно-синего оттенка и даже до тёмно-голубовато-зелёного цвета. Часто наблюдается в полостях скоплений гидроокислов железа, ископаемых костей животных, раковинах. Обычно распространен в железорудных осадочных месторождениях, богатых фосфором [1, 2]. В России одно из месторождений известно на Таманском полуострове (мыс Железный Рог), где я нашел несколько образцов: кристаллическое темно-синее образование на лимоните; окатанные морем вивианитовая галька с отлично видимой кристаллической структурой минерала; рыжая глина с вивианитом, преобразованным в синюю мягкую массу, 2 образца замещенных лимонитом и вивианитом окаменевших ствола дерева (приложение №1, стр. 35).

Галит - каменная природная соль. От греч. галос - море, соль. Природную соль я изучал на самом соленом озере Краснодарского края, расположенном на Таманском полуострове. Находится ниже уровня моря, от Черного моря отделено пересыпью. Наблюдая за озером в летнее время (особенно август-сентябрь) я заметил, что на озере происходит большой прогрев воды и ее испарение, концентрация растворенных солей увеличивается и образуются крупные кристаллы. Я собрал образцы крупных кристаллов - «лодочек» белого и розоватого цвета. Кристаллы галита образованы при экзогенных процессах. Дома я довольно успешно вырастил похожий галит (форма пирамидки) из морской соли и дистиллированной воды, создав приближенные природные условия.

Экспедиция лета 2026 затронула не только территорию Южного Урала, но и таких интереснейших, с точки зрения геологии областей регионов России: Самарская область, Ставропольский край, Кабардино-Балкария, Карачаево-Черкесия. На этих территориях я нашел и изучил описанные ниже минералы.

Обсидиан. Природное вулканическое стекло, магматическая горная порода, с богатым содержанием кремнезема. Образуется при быстром остывании магмы. Не имеет кристаллическую структуру. Зная геологическую историю Кавказа и его вулканическую активность в прошлом, я изучал район села Заюково (Кабардино-Балкария), где добывают вулканический туф. Обнаружил невероятные обсидиановые образцы, обломочной и округлой формы (воздействие аллювия) и различной окраски - черные (прозрачные на свет) и коричневые. Образцы в большом количестве и различного размера лежали на обочине дороги (приложение № 1 , стр.36 ).

Флюорит- плавиковый шпат. Небольшие, но очень красивые образцы флюорита зеленого цвета были найдены в гидротермальной жиле, которую я обнаружил на заброшенном карьере горы Шелудивая г. Пятигорска (приложение № 1, стр.36 )

Серасамородная. Согласно исследованиям, ромбическая сера обладает редкой молекулярной и очень сложной кристаллической структурой. В Самарской области я изучил интереснейший геологический объект - Водинское месторождение серы. Это выработанный, старейший в России карьер по добычи серы. На самой глубине карьера я нашел несколько жил чистой кристаллической самородной серы различного размера (приложение № 1, стр. 24). Определил достаточно специфический, но не резкий запах серы. На этом месторождении я также обнаружил кристаллы гипса, кальцита и целестина. При соблюдении мер предосторожности (не в сильную жару, работа в перчатках) этот интереснейший геологический объект рекомендую к посещению.

Жеода халцедона с кварцем. Одни из самых интересных находок экспедиции лета - 2026 были обнаружены случайно, при поиске образцов белемнита с пиритовыми конкрециями из нижнемеловых отложений Северного Кавказа (данные экземпляры были замечены в музее Землеведения МГУ, г. Москва) [9]. При изучении русла реки Джегута (Карачаево-Черкесия) я обнаружил в большом количестве миндалины и большие халцедоны с кристаллами кварца внутри. Образцы были разного размера и округлой формы. Расколов пару минералов, я убедился, что это именно халцедоновые жеоды потрясающей красоты (приложение № 1, стр.26). Помимо этих минералов берег был усеян различными палеонтологическими находками - аммонитами, брахиоподами, двустворками и пр. (приложение № 1, стр. 25). Такое большое количество интереснейших экземпляров в одном месте вероятнее всего можно объяснить прошедшими накануне мощными и продолжительными дождями, которые вынесли содержимое гор на открытые участки русла реки Джегута.

Изучение физических свойств минералов

С полученными образцами я провел опыты и сделал более подробную диагностику: проверил твердость, цвет черты, измерил плотность, определил спайность, изучил под микроскопом включения, измерил радиоактивность и свечение в ультрафиолетовом фонаре. Часть результатов диагностических опытов представил в таблице (см. диагност. табл., стр. 18).

Провел дополнительные эксперименты:

1) Кварц. Провел опыт: в темной комнате с усилием потер 2 кристалла кварца друг о друга. С большим удивлением в этот момент наблюдал в кристаллах вспышки и свечение оранжевого цвета. Явление называется триболюминесценция - люминесценция, возникающая при механическом повреждении вещества [1], (приложение №1, стр. 28) . Под микроскопом образец горного хрусталя с красивыми включениями рутила. Это говорит о том, что процесс кристаллизации и роста минерала происходил в очень насыщенной другими химическими элементами среде, которые захватывались минералом в процессе формирования и роста, при высоких температурах и давлении, что доказывает характер происхождение минерала.

2) Гипс. В ходе наблюдения за гипсом в ультрафиолетовом свечении заметил, что некоторые образцы имеют эффект фосфоресценции - излучение поглощенной энергии в виде света происходит постепенно. В некоторых экземплярах в уф- свечении проявляется эффект «песочные часы», или зональность. Зафиксировал эти моменты на фото (приложение № 1, стр. 37).

3) Проверил все выбранные образцы на свечение в ультрафиолетовом фонаре. Выяснил, что некоторое минералы имеют свечение различной интенсивности, цвета и эффекта (см. диагност. табл., стр. 18).

4) Плотность некоторых минералов была понятна на этапе находки (гранат, барит). Дома я уточнил значения с помощью гидростатического взвешивания (приложение №1, стр. 38).

5) Цвет черты определил при помощи фарфорового бисквита (приложение №1, стр. 38).

6) Твердость я определял с помощью имеющихся минералов (приложение №1, стр. 38).

7) Спайность определял раскалыванием некоторых минералов молоточком (кальцит, барит, гипс, обсидиан (приложение № 1, стр. 36).

8) С вивианитом (мягкий экземпляр) провел опыт - слегка стер ножом край минерала до порошка, размешал с водой и получил подобие краски темно-синего цвета (приложение №1, стр. 35).

9) Изучил природные минералы и породы под микроскопом. Прозрачные и полупрозрачные образцы минералов - кварц, гипс, кальцит, опал имеют различные интересные включения, частично раскрывающие историю происхождения и роста, и возможный возраст образцов.

Диагностическая таблица некоторых минералов

В результате диагностики и опытов с образцами я понял, что формирование минералов в природе очень сложный и длительный процесс, в котором участвует не только среда, но и все окружающее пространство. В результате формируются минералы, чаще всего не имеющие совершенных форм, поскольку в их кристаллизации и росте участвуют огромное количество внешних факторов (температура, давление, насыщенность растворов, соседство других химических элементов и пр.). Эти факторы влияют на размеры, внешний вид и включения. По внешнему виду и включениям можно понять происхождение минералов, в какой среде они формировались и что на это влияло. Некоторые минералы и горные породы могут содержать в себе радиоактивные элементы и продукты их распада, что чаще всего можно установить на месторождении при помощи дозиметра. Некоторые минералы (галенит, асбест, сера, киноварь) являются токсичны, и при взаимодействии с ними желательно использовать маску и перчатки, а лучше стараться не брать в руки, не разрушать эти минералы и породы, усиливая концентрацию токсичных и опасных веществ в воздухе.

Геологические экспедиции, полевая практика и дальнейшие исследования дали мне опыт, ценные навыки и решение задач:

1. Изучил и понял, насколько разнообразна наша планета и ее геологическое прошлое, сформировал знания о некоторых областях нашей страны. Исследуя выбранный объект узнал много о флоре, фауне, истории, географии, геологическом прошлом и настоящем региона.

2. Научился определять цели и задачи поисков. Приобрел навыки в составлении плана экспедиций и маршрута, в прочтение карт, научился готовить оборудование и снаряжение для изучения объектов и получения нужного материала для дальнейшего исследования.

3. Познакомился с полевыми исследованиями геолога Колисниченко С. В., провел вместе с ним день на изучаемом объекте, что дало мне бесценный опыт и понимание, что это тяжелая, но невероятно увлекательная работа.

4. Провел анализ и выявил причинно-следственные связи между различными природными процессами и явлениями. Сделал съемку фото - видео и рисунки месторождений, интересных геологических образований и найденных образцов, для фиксирования места и дальнейшего изучения.

5. Понял, насколько важно учитывать опасность некоторых изучаемых объектов (радиоактивность, химическая опасность), особенно при исследовании и отборе образцов для коллекции.

6. Изучил и классифицировал образцы. Сформировал рабочую коллекцию из найденных минералов для дальнейшего исследования и демонстрации в школе (приложение №1, стр. 38).

7. Создал из имеющихся минералов шкалу Мооса, для определения твердости (приложение №1, стр. 38).

8. Составил карту некоторых месторождений (приложение №1, стр. 24, 25) .

9. Провел анкетирование среди школьников и сравнительный анализ знаний (приложение №2, стр. 39). Сделал памятку юному геологу (приложение №2, стр.40, 41). Подготовил доклад и поделился полученными знаниями на уроке окружающего мира с одноклассниками.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате экспедиций и изучении образцов минералов и горных пород я понял, что исследование геологических объектов - это не просто интересное и развлекательное путешествие, а очень большая работа на всех ее этапах. Были поставлены задачи: прежде чем практически изучить интересующие объекты в первую очередь я ознакомиться с имеющейся информацией по данному району, минералам и породам там залегающих.

В процессе изучения геологических объектов в экспедициях я сделал выводы: некоторые минералы и горные породы могут содержать радиоактивные элементы и продукты их распада, что частично можно установить на месторождении при помощи дозиметра. Некоторые минералы (галенит, асбест, сера, нефть и пр. в больших количествах) являются токсичны и химически опасны, и при взаимодействии с ними желательно использовать маску и перчатки, а лучше стараться не брать в руки, не разрушать эти минералы и породы, усиливая концентрацию токсичных веществ в воздухе. Радиоактивные и химически опасные минералы и горные породы в связи с постоянным круговоротом в природе могут оказаться доступны для любителей минералов, и представлять из себя потенциальную угрозу. Разгадка безопасности того или иного минерала и горной породы дается путем детального изучения истории геологического объекта, исследование месторождений в полевых условиях, изучение включений и других физических и оптических свойств минералов.

Я немного прикоснулся к знаниям, что такое вещество, минерал, кристалл, порода, химический элемент, изучил результат геологических процессов и явлений в различных регионах России. Итогом исследования стали не только багаж знаний и интересные образцы, но и понимание, что при сборе минералов и пород очень важно учитывать небезопасность некоторых геологических объектов, в процессе поиска не разрушать среду и ландшафт, относиться бережно к природе, брать для исследования небольшое количество материала, не оставлять после себя мусор и не загрязнять водные источники. Изучая таким образом планету Земля, можно прикоснуться к пониманию процессов, происходящих внутри и на ее поверхности, частично понять состав и строение Вселенной, состоящей из элементов, которые я наблюдал и исследовал. И самое удивительное, что мы тоже часть этих веществ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. Переизд., 2023.

2. Броневиц Р. Л. Все о драгоценных камнях и минералах. Издат.: Астрель, 2006.

3. Васильев И.Д., Новиков К.В. Основы радиометрии. Учебное пособие для юных геологов. - М.: изд-во РГГРУ, 2009.

4. Геология: энциклопедия для детей. - Аванта+, 1995.

5. Еремин Н. Н., Еремина Т. А. «Занимательная кристаллография». Электронное издание. М.: МЦНМО, 2014.

6. Егоров-Тисменко Ю. К. Кристаллография и кристаллохимия. - Издат. КДУ, 2005.

7. Колисниченко С. В., Попов В. А., Епачинцев С. Г., Кузнецов А. М. Минералы Южного Урала./Санарка/, /Камневеды/, 2022.

8. Короновский Н. В. Общая геология: учебник. Издат. Дом КДУ, 2021.

9. Междисциплинарный научно-практический журнал. Жизнь Земли. Том 39, № 4. Издание музея землеведения МГУ, 2017.

10. Оганов А. Р. Химия с Артемом Огановым. Атомы, молекулы, кристаллы. - Издат.: АСТ, 2024.

11. Пеков И. В., Левицкий В. В., Кривовичев В. Г. Минералогия Белореченского месторождения (Северный Кавказ, Россия). Минералогический Альманах, том 15, выпуск 2, 2010. Электронное издание.

12. Протеро Дональд. История Земли в 25 камнях: геологические тайны и люди, их разгадавшие. - Издат.: Альпина нон-фикшн, 2024.

13. Шуман В. Мир камня. Горные породы и минералы. /Мир/ 1986.

14. Эрвин-Бланкенхайм Э. Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты. - М. : КоЛибри, Азбука-Аттикус, 2023.

15. Янцер О. В. Основы минералогии, кристаллографии и петрографии: учебное пособие для студентов / – Екатеринбург: Изд-во УрГПУ, 2014.

ПРИЛОЖЕНИЕ № 2

Анкета

1. Существуют ли опасные минералы (токсичность, радиоактивное излучение и пр.)?

а) Да б) Нет в) Не знаю

2. Какой минерал радиоактивен?

а) Алмаз б) Монацит в) Янтарь

3. Может ли нефть быть токсичной?

а) Да б) Нет в) Не знаю г) Только в больших количествах

4. Почему опасно находиться на работающем карьере? (можно несколько ответов)

а)Обвалыб) Не опаснов) Большое количество вредной пыли г) Работающая техника

5. Для чего используют дозиметр?

а) Измеряют температуру воздуха         б) Измеряют радиацию         в) Измеряют давление

В анкетировании принимали участие 45 учащихся 3 А и Б класса гимназии «Эврика».