Исследовательская работа

Оглавление

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

1. Основная часть ………………………………………………………………… 4

2. Практическая часть…………………………………………………………….8

2.1 Начало эксперимента.…………………………………………………….9

2.2 Поведение второго опыта………………………………………………..10

2.3 Опыт третий «Удивительное открытие»………………………………. 12

2.4 Опыт четвертый «Окрашиваем сталактиты».………………………….13

2.5 Опыт пятый « Сталагмит и Сталагнат»………………………………..14

Заключение ……………………………………………………………………..15

Список используемых источников ………………………………………….. 17

Приложение……………………………………………………………………….18

Введение

На одном из уроков по окружающему миру, я увидел фотографии необычайно красивых наростов в пещере. Учитель объяснил, что это сталактиты и сталагмиты. Дома я поделился впечатлениями с родителями, и мы в интернете нашли еще много красивых картинок с их изображениями, особенно красиво смотрелась пещера Тростниковой флейты. Случайно мы прочитали, что сталактиты можно вырастить и дома: из соды, соли, сахара. Мне эта идея очень понравилась, посоветовавшись с родителями, мы приняли решение вырастить свой собственный сталактит.

Цель моей работы: узнать как можно больше о сталактитах и сталагмитах и понять, что влияет на скорость роста сталактитов. Гипотезы:

1. Сталактит и сталагмит в домашних условиях вырастет, причем скорость их роста будет больше, чем в естественной среде.

2. При окрашивании марганцовкой, сталактиты и сталагмиты станут розового цвета.

3. Сталактиты из соды и медного купороса будут отличаться. Задачи:

Изучить литературу и информацию из Интернета, и понять при каких условиях, как и из чего, вырастают сталактиты.

1.Изучить внутреннее строение и химический состав.

2.Выяснить, от чего зависит цвет, размер, форма сталактитов.

3.Проанализировать полученные результаты.

Методы:

1.Анализ литературы.

2. Планирование экспериментов и наблюдений.

3. Обобщение и выводы о справедливости гипотез.

1. Основная часть

В местностях, где почва сложена известковыми породами, дождевые воды, а иногда целые речки уходят под землю. Такие исчезновения водных потоков с поверхности земли, обязанные своим происхождением карстовым явлениям – появлению карстовых пещер.(рис.16,см. Приложение)

Карстовые пещеры – это подземные полости, образовавшиеся в толще земной коры, подвергаясь выщелачиванию водой. Таким образом, строителем карстовых пещер является вода. Однако, чтобы она могла растворять горные породы, они должны быть водопроницаемы, т. е. в них должны быть трещинки, это является одним из основных условий развития карста. Такими свойствами обладают известняки, гипсовые породы.

Там, глубоко под землей в карстовых пещерах и образуются необычайные сталактиты и сталагмиты. Как же они образуются?

Идет дождь, тает снег. Часть воды просачивается под землю. Сначала она проникает в верхний слой почвы и дает жизнь растениям. В тоже время она забирает углекислый газ, из разлагающихся растений в почве. Затем по мельчайшим трещинам и пустотам вода спускается ниже, минуя верхние слои рыхлой почвы. Придя в соприкосновение с известковыми породами, насыщенная углекислотой капля растворяет бесконечно малую частицу этой породы и уносит ее с собой. Далее водяная капелька скользит вниз по мельчайшим трещинам в камне и добирается до потолка подземной пещеры и просачивается сквозь него. Соприкоснувшись с воздухом, часть воды испаряется, известковый раствор концентрируется. Капля падает с потолка, оставив на каменном своде микроскопическую частицу насыщающей ее извести, которая со временем кристаллизуется. Упав на пол, капля разбивается на мельчайшие брызги и также оставляет на полу пещеры микроскопические частицы извести. Падение капель, продолжаясь в течение веков и тысячелетий, образует на полу и потолке сталактиты и сталагмиты.

Термин сталактит (от греч. stalaktоs — натекший по капле) предложен датским натуралистом Олао Ворм в 1655 г.

Сталактит - минеральное натечное образование (чаще известковое), свешивающееся в виде сосулек, трубок, гребенок, бахромы с потолка и верхних частей стен карстовых пещер.

Капая на пол пещеры, вода приносит с собой кристаллики кальция, которые начинают складываться в "горку" - сталагмит. Сталагмиты обычно толще сталактитов, ведь вода при падении разбрызгивается и кристаллики рассыпаются. Возрастая непрерывно, в течение веков, навстречу друг другу, сталактиты и сталагмиты сливаются между собой, образуя сталагнаты.

Сталактиты могут быть - ледяные, глиняные, гипсовые, соляные и даже лавовые. Иногда они содержат уран, радий и так далее. Так же натёчным образом формируются кристаллы минерала арагонита. Это карбонат кальция, который составляет минеральную часть перламутра, жемчуга и кораллов.

Когда понимаешь насколько это медленный процесс, то начинаешь восхищаться и прикидывать в уме - сколько же лет некоторым сталактитам, глядя на их фотографии. Из интернета я узнал, что некоторые сталактиты имеют названия, например: «Рука», «Осиное гнездо», «Пальма Желаний».

Скорость роста сталактитов зависит от самых разнообразных факторов. В разных пещерах, даже в разных залах одной и той же пещеры условия образования и роста сталактитов могут быть совершенно разные. Такие факторы, как, например, сила и продолжительность дождей на поверхности земли оказывают заметное влияние на их рост. Толщина породы, сквозь которую фильтруется вода, тоже играет немалую роль: чем тоньше слой известняка, тем слабее капли, и тем меньше они несут строительного материала для образования сталактитов. Зимой, из-за того что жизнедеятельность микроорганизмов ослабляется, содержание углекислоты в воде тоже снижается.

У каждого сталактита, если его срезать, как у дерева есть кольца жизни. По ним можно определить, сколько им лет. Толстые кольца свидетельствуют о сравнительно влажном климате, в то время как тонкие кольца говорят о сухом климате. Грунт, который поверхностные воды приносят в пещеру, отличается по своему составу, летом в воде больше грунта, поэтому отлагается более темное кольцо, а зимой, когда поверхность земли покрыта льдом и снегом, эти отложения более прозрачные.

Сталактиты бывают разных типов, назову некоторые:

Сталактит мечевидный. — Плоский сталактит, напоминающий по форме меч. Длина до 6-7 м. Образуется при закупорке центрального канала и стекании воды по внешней поверхности сталактита (с одной стороны).

Сталактит-морковь. — Сталактит веретенообразной формы. Возникает при закупорке центрального канала и стекании воды по внешней поверхности сталактита.

Сталактит трубчатый. — Натек-трубка, её внутренний диаметр зависит от размеров просачивающихся капель.

Кроме этого, если при росте сталактита трубчатый канал закупоривается, под напором воды стенка его может прорваться и от этого места на сталактите начинает расти вбок «шпора» — геликтит. При наступлении более сухого режима кристаллизации в основном растут именно геликтиты (под этим термином понимаются все формы, не имеющие, в отличие от сталактитов и сталагмитов, вертикальной ориентации).

Кроме извести, подземные воды на своем пути растворяют, увлекают за собой, а затем отлагают разные другие вещества, эти вещества окрашивают сталактиты в разные цвета. Если в воде много железа, то сталактит окрасится в бурый, жёлтый или красный цвет. От марганца получается розовый или чёрный цвет. От меди сталактит становится зелёным или синим.

Поскольку дома я предполагаю работать с раствором соды и медного купороса, мне непременно необходимо узнать, что же влияет на рост кристаллов, что поможет увеличить их кристаллизацию. Оказывается, при переходе из жидкого состояния в твердое - образуется кристаллическая решетка, и возникают кристаллы.(рис.17) Такой процесс называется кристаллизацией. Кристаллы представляют собой однородные твердые тела различной геометрической формы. Кристаллы, содержащие в своем составе молекулы воды, называют кристаллогидратами. Процесс формирования каждого кристалла складывается из двух стадий: а) образование зародыша; б) рост зародыша. На скорость кристаллизации влияет степень перенасыщения раствора, его темпе­ратура, интенсивность переме­шивания. Большое влияние на процесс образования зародышей могут оказывать также шерохова­тость стенок, присутствие в рас­творе твердых тел с большой поверхностью (ленты, нити).

Кроме этого в кристаллах содержится кристаллизационная вода. Она находится в соединении с молекулами вещества в строго определённых количествах. Исследования показали, что кристаллизационная вода ведёт себя как твёрдое вещество. Однако, многие кристаллогидраты непрочны. Так, например, сода теряет свою кристаллизационную воду, находясь просто в воздухе: её прозрачные кристаллы мутнеют и рассыпаются в порошок. Кристаллы медного купороса теряют 80 процентов воды при нагревании до 100 градусов, а остальные 20 процентов только при 240 градусах. При этом синие кристаллы превращаются в белый порошок. Процесс потери кристаллизационной воды называется выветриванием.

Изучив всю доступную мне информацию, я убедился, что сталактит и сталагмит вырастить дома возможно, главное постараться правильно использовать новые знания.

2. Практическая часть

• Для эксперимента по выращиванию сталактита папа изготовил установку (см. Приложение рис. 1), которая имитировала падение капель воды в пещере. Поскольку я узнал, что твердое тело увеличивает кристаллизацию, было принято решение в крышку бутылки вставить шуруп. Мы предположили, что насыщенные растворы, стекая, будут оставлять на неровностях мельчайшие частицы соды и медного купороса, и это приведет к более быстрому росту сталактитов. Кроме этого, ниже шурупа на 7 см, мы привернули железную пластину, на ней должен расти сталагмит. Этот прибор мы поставили в самое сухое место нашего дома, рядом с батареей.
• Приготовление насыщенного раствора соды и медного купороса. Для каждого раствора мы взяли чистую банку, налили в неё тёплой воды, а затем понемногу добавляли пищевой соды, медного купороса и размешивали, пока раствор в каждой банке не стал насыщенным. Далее через двойной слой марли мы профильтровали растворы и залили их в ёмкости.
• Регулировка количества капель. Для того чтобы регулировать количество капель, падающих из ёмкостей, папа в каждой просверлил отверстие, которое заткнули пластилином. После регулировки наша установка обеспечила падение примерно 6 капель раствора в минуту.
• Проведение эксперимента. 8 февраля 2013 года мы начали проведение эксперимента по выращиванию сталактитов. По мере того как уровень жидкости в ёмкостях уменьшался, мы добавляли в них раствор соды и медного купороса.
• Контроль роста сталактита. Периодически мы контролировали рост и проводили «фотосессию» для нашего сталактита.
• .Обработка результатов эксперимента. По окончании эксперимента мы провели исследования размеров и формы сталактита, результаты которых занесли в таблицу 1. (см. приложение)

2.1 Начало эксперимента.

1. Проведение второго опыта.

Посмотрим, как растут сталактиты, и будет ли между ними отличие (см. Приложение группа рис. 7)

По фотографиям видно, что в бутылке с шурупом сталактит растет быстрее, удивительно, но металл действительно ускоряет процесс кристаллизации. В самом начале эксперимента, я обратил внимание на то, что уже через три часа, на шурупе стали расти маленькие кристаллики. И даже спустя много дней, сталактит из бутылки без шурупа, так и не смог догнать по росту другого.

2.3 Опыт третий «Удивительное открытие».

15 февраля я неожиданно обратил внимание на сталактит из медного купороса, наверное, его просто не надо было трогать. Он быстро вырос и превратился в настоящую сосульку.(рис.8)

Таким был мой сталактит из медного купороса 10 февраля.(рис.9), а 15 февраля 2013г вырос настоящий сталактит.(рис.10)

2.4 Опыт четвертый «Окрашиваем сталактиты».

Для того что бы узнать, как изменяют цвет сталактиты, я приготовил насыщенный раствор марганцовки, и залил его в бутыль с содой. Окрашивание длилось в два этапа:

1.Я залил только половину бутылки. Раствор медленно продвигался по осадку из соды, это заняло примерно 24 часа. И только на вторые сутки, мой сталактит стал снизу слегка желтоватым. Далее, я уже не добавлял, марганцовку и мой сталактит, через два дня стал обычного белого цвета.

1. Второй раз я заполнил всю бутылку раствором марганцовки, на второй день сталактит стал разноцветным: присутствовал больше желтый, местами бурый цвет, но некоторые участки сталактита были серыми, но розовым он так и не стал. После того, как я перестал добавлять марганцовку, цвет постепенно стал бледнеть. (рис.12, рис. 13 )

1. Опыт пятый « Сталагмит и Сталагнат»

Изначально, высота между шурупом и пластиной составляла 7 см.(рис. 14) Прошел месяц, посмотрим результат. Сталагмит через месяц вырос на 5см, и расстояние между ним и шурупом сократилось до 3см. А уже 12 марта сталагмит и сталактит объединились, появился сталагнат. (рис.15)

Заключение:

1.На рост сталактитов и сталагмитов оказывает влияние сухость воздуха, насыщенность раствора, частота капающих капель.

2. Сталактиты из разных минералов имеют разную форму. Моя гипотеза подтвердилась, сталактит из медного купороса имеет тип трубчатого сталактита, а из соды похож больше на геликтит.

4. Сталактиты из разных минералов имеют разный цвет. Кристаллы соды – белые, а кристаллы медного купороса – синие. Однако предположение, что сталактит окрасится в розовый цвет от марганцовки, не подтвердилось. Он стал желтым.

5. Кроме этого, я обратил внимание на присутствие кристаллизационной воды. При её выветривании сода приобретала, белоснежный цвет, а медный купорос действительно стал голубым, покрытый белыми точками.

6. Чтобы сталактит рос, за ним нужно ухаживать. Вода - главный строитель сталактитов и сталагмитов.

7. Сталактиты очень хрупкие, дважды у меня ломался сталактит из медного купороса. Сталактит из соды мог осыпаться от неосторожно хлопнувшей двери.

8. Металл оказывает влияние на рост сталактитов и сталагмитов. Сталагмит вырос на 5 см, а самый большой сталактит из соды вырос на 4см.

Конечно, в естественных условиях пещеры, сталагмиты растут на камне, влажность там высокая и капли капают очень медленно. Изначально я задал цель, вырастить как можно быстрее сталактиты, и поэтому я не стремился создать условия максимально похожие на естественные. На мой взгляд, мне это удалось, причем присутствие металла сделало мою работу интереснее, так как мне пришлось искать ответы на дополнительные вопросы. Конечно, не всё мне до конца стало понятно, но у меня всё еще впереди. Если есть вопросы, то я всегда буду искать ответы на них.

Список используемых источников:

1. Чудеса и загадки подземного мира. – Режим доступа: http://www.uhlib.ru/nauchnaja_literatura_prochee/polveka_pod_zemlei/p10.php, свободный.

2. Образование карстовых пещер. – Режим доступа: http://homehelper.in.ua/speleologiya/obrazovanie-karstovyh-pescher.html, свободный.

3. Д.А.Тимофеев, В.Н.Дублянский, Т.З.Кикнадзе Терминология карста. – Режим доступа: http://www.rgo-speleo.ru/books/termin/termin4.htm, свободный.

4. Энциклопедия Кругосвет. Универсальная научно-популярная онлайн-энциклопедия. – Режим доступа: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/KRISTALLI.html?page=0,2, свободный.

5. Пещеры Крыма : Эмине Баир Хосар или Мамонтовая пещера. – Режим доступа: http://life-trip.ru/peshhery-kryma-emine-bair-hosar/, свободный.

6. Вода в химии. - Режим доступа: http://xn-h1aacgd4andl1al7c.xn-p1ai/index.php?option=com_content&view=article&id=53:2011-02-10-10-40-14&catid=31:2011-02-10-10-31-45&Itemid=45, свободный.

1. Подземный мир Юкатана. – Режим доступа: http://www.yucatandesconocido.ru/grutas2.htm, свободный.
2. Кристаллизация и растворение. – Режим доступа: http://gendocs.ru/v23736/%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8_%D0%BF%D0%BE_%D0%B3%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B8%D0%BA%D0%B5_%D0%B8_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B5?page=13, свободный.