"Тайна песочницы"

муниципальное бюджетное  общеобразовательное  учреждение

«Ярцевская  средняя  школа №1»  

Ярцевского района Смоленской области

Исследовательская работа

«Тайна песочницы»

Смоленская область

Город Ярцево

2016 год

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

По мнению  психологов,  наилучшее занятие для   ребёнка любого возраста – это работа  с пластилином или… игра  в песочнице. Почему?

Игры  с песком полезны вдвойне, и на то есть весомые причины. Во-первых, они развивают фантазию ребёнка, пространственное и образное мышление, помогают самовыражению; они просты, доступны и не требует особых навыков, как рисование. Это значит, что разочарование и опасение сделать что-то не так ребёнку не грозят. Во-вторых, «песочная» возня – отличная сенсорная игра, во время которой тренируются и массируются детские пальчики, а это, в свою очередь, немаловажно для развития речи и мышления. В-третьих, занятия с песком – это замечательная психотерапия, которая помогает не только снять напряжение и разгрузить нервную систему ребёнка, но выявить и решить скрытые проблемы.

Интересно, а откуда  привозят  песок  в наши песочницы, кто его создаёт или он сам  где-то появляется, и вообще, что такое песок, из чего он состоит и есть ли у него «родственники»?   Надо разобраться! Так появилась тема исследовательской работы  «Тайна песочницы».

Цель – изучить горные породы Смоленской области.

Задачи:

1. Познакомиться   с геологической историей планета Земля, Смоленской области.
2. Познакомиться    с  влиянием ледников  на  внешний облик Смоленщины.
3. Познакомиться  с происхождением    природного минерала – песка.
4. Изучить классификацию  горных пород.
5. На  практике познакомиться  с  горными  породами.
6. Выявить значение минеральных пород  в  деятельности человека   на Смоленской земле.
7. Создать коллекцию пород  Ярцевского района.

Период проведения: февраль-май 2016 года.

Актуальность: умение  изучать  окружающие объекты неживой природы, устанавливая при этом причинно-следственные связи   в   вопросе формирования  облика   нашей планеты, своего региона.

Новизна:  тема  исследования  для  меня новая,    работ по   ней  в  школе  не проводились.

Гипотеза: песок, как объект неживой природы, добывают  из недр Земли.

Объект: природный песок  Смоленщины.

Предмет:   горные породы Смоленщины.

Методы:

1. Теоретический – изучение теоретического материала, анализ информационных источников.
2. Эмпирический  –  лабораторные наблюдения.
3. Математический – статистика.  

I. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.Что такое песок?

Своё исследование мы начали  с анализа  книг и интернет-источников.  Толковый словарь живого великорусского языка В.Даля объясняет слово песок как «измельченный, перетертый природою камень, мелкие каменные зерна; обычно разумеют кремневой песок, но есть и других пород» [2].

В Современном  толковом словаре русского языка Т.Ф. Ефремовой – слово песок имеет два значения. Первое – рыхлое скопление мелких зерен твердых минералов (обычно кварца), второе значение – почва с большим содержанием кварца или иных твердых минералов [3].

В Большом Энциклопедическом словаре слово песок объясняется  как мелкообломочная рыхлая осадочная горная порода, состоящая не менее чем на 50% из зерен кварца, полевых шпатов и других минералов и обломков горных пород размером 0,05-2 мм,  содержащих примесь алевритовых и глинистых частиц. Применяется в строительстве и стеклянной промышленности [4].

Из данных  определений  мне мало что понятно. Надо дальше разбираться. Что такое  горная  порода?  Оказывается горная порода – любая масса или агрегат одного или нескольких минеральных видов или органического вещества, являющихся продуктами природных процессов. Горные породы – природные минеральные агрегаты, слагающие литосферу Земли в виде самостоятельного геологического тела.
Кстати, термин «горная порода» впервые ввёл в геологическую литературу русский геолог В. М. Севергин (1798) [9].  

Состав, строение, структура, текстура и условия залегания горных пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих в определенных физико-химических условиях.  Получается, что простой песок для куличиков и детских замков напрямую связан  с литосферой, самой твёрдой оболочкой Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. А значить, изначально в своих поисках, мне  необходимо было обратиться  к внутреннему строению планеты Земля!!!

Итак, планета Земля  располагается  в  Солнечной  системе.  Как  и многие другие планеты, имеет слоистое внутреннее строение. Наша планета состоит из трех основных слоев. Внутренний слой – это ядро, наружный – земная кора, а между ними размещена мантия (приложение 1, рис.1) [9].

Мантия занимает около 80% объема, это самая большая часть Земли. В основном, вещество мантии находится в твердом состоянии, кроме верхнего вязкого слоя толщиной примерно 80 км. Это астеносфера. Вещество  мантии непрерывно движется (приложение 1, рис.2). Снаружи мантию покрывает земная кора (континентальная и  океаническая) – внешняя прочная оболочка, верхняя часть литосферы [10].  

Земная кора не является цельной, она делится разломами на огромные изолированные блоки – литосферные плиты, которые достигают верхних отделов мантии (приложение 3, карта 2). Получается, что  литосферные плиты представляют собой крупные стабильные части земной коры литосферы. Их  границами являются активные зоны вулканической, сейсмической и тектонической активности (приложение 1, рис. 3, 4). А, как известно, именно в этих зонах и происходят выход магмы. А это и есть  «основа»   горных пород. Вот где находится разгадка  происхождения  песка!!!

А песок – это то, что осталось от скал, валунов, обычных камней. Время, ветер, дождь, солнце и еще раз время разрушили горы, осыпали скалы, растолкли валуны, раздробили камни, превратив их в миллиарды миллиардов песчинок, сделав из них песок. Итак, основа песка  для детских песочниц – магма, внутренняя  расплавленная  оболочка Земли [7]!

2. Классификация горных пород

Согласно   классификации все горные породы делятся на три группы:

1. магматические или изверженные (первичные) горные породы;
2. осадочные (вторичные) горные породы;
3. метаморфические горные породы [11].

2.1. Магматические  или первичные горные породы образовались в результате извержения и остывания магмы (каменного расплава, находящегося в недрах земли). На их долю приходится 90% всех горных пород. Классификация магматических горных пород, процессы при их образовании и основные представители можно посмотреть  на схеме 1 приложение 2.  Яркими  представителями этой группы  горных пород являются гранит, полевые шпаты, кварц, слюды [12].

2.2. Осадочные или вторичные горные породы

Итак, в результате  разлома земной коры или  извержения вулкана на поверхности планеты  оказалась застывшая  магма. Проходит  некоторое время и  на эти горные первичные горные породы, начинают  действовать  различные  внешние  факторы.  Какие это факторы?  Воздух, ветер, осадки, постоянные колебания температур, растительные и животные организмы, деятельность  текучих вод (ручьёв, рек), влияние ледников  и т. п. В   результате первичные магматические породы очень прочные  и  твёрдые постепенно превращаются в рыхлые продукты разрушения, которые отчасти ветром и льдом, главным же образом водой, сносятся в более низкие места, возможно в закрытые водные бассейны, моря и океаны, где происходит их осаждение. Формирующиеся  таким образом горные породы  и называются вторичными или осадочными.

Классификация осадочных  горных пород, процессы при их образовании и основные представители можно посмотреть  на схеме 2 приложение 2.  Яркие представители осадочных горных пород являются гипс, доломит. Возвращаясь    к определению термина «песок»,  я начинаю понимать, что это действительно вторичная осадочная горная порода [12].

2.3. Метаморфические горные породы  

Как магматические, так и осадочные породы с течением времени оказываются погребенными под новыми толщами отложений. Попадая в глубокие зоны земной коры, они подвергаются метаморфизму, т. е. изменениям, происходящим в породе под влиянием высокого давления и высокой температуры в недрах земли, а также воздействия глубинных минеральных источников и газов. В результате образуются новые породы, отличающиеся от исходных только структурой – характерным слоистым расположением минералов, за что они получили название кристаллических сланцев (сланцеватость – означает слоистость).

Из кристаллических сланцев наибольшее практическое значение в строительном деле имеют гнейс и глинистые сланцы, кварциты и мраморы, не обладающие сланцеватостью, а характеризующиеся, как например в случае мрамора, ярко выраженной зернистостью.

Итак, по происхождению горные породы подразделяются на магматические, осадочные и метаморфические.  Песок  относится  к осадочным или вторичным  горным породам.

3. Полезные ископаемые Смоленщины

3.1. Условия формирования горных пород на территории области

Мы  выяснили, что такое песок, к какому виду горных пород относится. Однако откуда  песок привозят, где он добывается?

Оказывается, добыча песка осуществляется в нашей родной Смоленской  области!

Эту информацию мы нашли, изучая карту «Полезные ископаемые. Смоленская область» (приложение 3, карта 1) [1]. Вообще,  по всей территории Смоленской области  осуществляется добыча  песков и песчано-гравийного материала.  Кстати,  на Смоленщине преобладают именно осадочные горные породы (приложение 3, карта 3).

А почему  песчано-гравийный материал вообще залегает на территории нашей области?  Дело  в том, что Смоленская область  располагается  на Евразиатской литосферной плите, поверх которой  лежит  кристаллический фундамент. В учебном пособие А.П. Катровского  указывается, что его формирование началось 3,6 млн лет назад, на один миллиард позже формирования облика нашей планеты Земля!  Напомню, что     возраст нашей планеты, по мнению учёных,  составляет 4 600 млн лет [10].

В  дальнейшем территория нашей области испытывала постоянные  изменения. В учебном пособии Катровского А.П. представлена сводная палеогеографическая  таблица Смоленской области (приложение 3, табл. 1) [7].  Из этой таблицы видно, что на территории области  происходили активные процессы вулканизации и горообразования. В это время  формировались граниты, гнейсы, кварциты. Далее территория  подверглась  прогибанию, наблюдалось  погружение земной коры, в результате чего большая часть области находилась  под водами  тёплого моря, которое, то мелела, то углублялось. В итоге,  формировались осадочные и метаморфические горные породы: пески, известняк, гипсы, доломиты, глины, фосфориты.

На смену тёплому   морю пришло поднятие суши, похолодание климата, наступил ледниковый период. Перемещение ледников и привело  к тому, что  на территории   области обилие валунов, сформировались суглинки, пески и глины.   Теперь  стало понятным, почему   на улицах  нашего городка,  на окраинах полей,  в лесных массивах, около озёр и рек встречаются очень крупные камни – валуны (приложение 1, фото 25, 26, 27). Это деятельность  ледников, которые «притащили» их  много миллионов  лет на    территорию Смоленской области.

Итак, череда физических, химических  изменений  земной коры плюс сотни миллионов  лет привели  к  тому, что на  территории области имеются  осадочные или вторичные  горные породы,  мощность (толщина) залегания которых  превышает 1 000 метров  в глубину. И преобладает среди них интересующий нас  песок, который может быть находятся прямо под  ногами, но на большой глубине.

3.2. Разнообразие  горных пород на территории области

Оказывается,  у  песка на территории Смоленской области имеются «родственники», такие же осадочные горные породы и обнаружено их около 30 видов. Наиболее  распространенные: бурый уголь, различные глины и суглинки, торф, каменная соль, песчано-гравийные материалы и булыжный камень, стекольные, формовочные и строительные пески, известняки, известковые туфы, мел, доломиты, фосфориты, мергели, глауконит, гипс, сапропели, минеральные воды, лечебные грязи, различные руды, охра, серный колчедан, кремний, даже горный хрусталь [4].

Большинство месторождений разведано и эксплуатируется. Смоленская область по своему минерально-сырьевому потенциалу занимает среди субъектов Центрального Федерального округа 13-е место, а по минеральным ресурсам строительных материалов – 8 -е место [8].

На Смоленщине  действует более 50 добывающих предприятий, производящих продукцию для строительной индустрии, дорожного строительства и для нужд сельского хозяйства.

На основании  карты полезных ископаемых Смоленской области    выявили, что   в районе Ярцева расположены залежи песчано-гравийного материала, огнеупорных и легкоплавных глин, торфа. Уточню, что песчано-гравийная смесь – это строительный материал, представляющий собой смесь с содержанием гравия и песка.

В брошюре Л.С. Журавлёвой  указывается, что «…   в 1911 году обработкой дерева  занималось 6 096 дворов, шерсти – 614, глины – 526, кожи – 370, металла -310, камня и извести – 185, льна и пеньки – 80 дворов» [6]. Из представленной информации можно сделать несколько выводов. Во-первых, лён – это  не центральная культура смоленского края, как  было принято считать. А, во-вторых, смоляне   активно использовали горные породы: песок, глины и др.

Кстати, на одном  из сайтов  в  публикации о полезных ископаемых  Смоленщины  указывается информация о том, что в Ярцевском районе   на берегу реки Вопь обнаружено месторождение алмазов [10].

4. Характеристика песка как осадочной горной породы

Что такое песок, мы  уже  выяснили.  Следующим этапом нашего исследования является  изучения его параметров.

4.1. Виды, характеристики  песка

         В повседневной жизни на твердые горные породы, постоянно неумолимо воздействует природа во всех своих проявлениях: будь то ветер, дождь или мороз. В результате породы не выдерживают и распадаются на мелкие, едва видимые глазом частички. Именно эти крупинки (размером от 0,05 мм до 5 мм в диаметре) и являются в совокупности песком, с которым мы встречаемся каждый день.

Пески по происхождению бывают природные и искусственные. Природный песок – неорганический сыпучий материал с крупностью зёрен до 5 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения скальных горных пород и получаемый при разработке песчаных и песчано-гравийных месторождений.  По размерности песок бывает:

• пылеватый. Данный вид песка имеет очень тонкую структуру, по своему виду напоминающую пыль. Размер зерен такого материала находится в диапазоне от 0,05 до 0,14 мм.  
• мелкий песок, величина зерен которого составляет от 1,5 до 2,0 мм.
• среднеразмерный, в состав которого входят фракции от 2 до 2,5 мм.
• крупный, имеющий зерна 2,5 – 3,0 мм.
• повышенной крупности – от 3,0 до 3,5 мм.
• очень крупный, имеющий зерна величиной от 3,5 мм и более [5].

Так как песок представляет собой мелкие частички, из которых состоят горные породы, в нём могут быть обнаружены любые минералы. Природный песок подразделяется на следующие типы:

1. Речной песок. Это  песок, который добывают со дна рек.
2. Карьерный песок. Природный  материал, добываемый открытым способом в карьерах. Данный песок имеет достаточно высокое содержание глины, пыли и прочих примесей.
3. Карьерный мытый песок. Это  песок, добытый в карьере путём промывки большим количеством воды с помощью декантатора (от франц. decanter – сцеживать, сливать), аппарат для отстаивания суспензий и слива осветленной жидкости с осадка) или промывочной машины.
4. Карьерный сеяный песок. Это  добытый в карьере песок, очищенный от камней и крупных посторонних включений способом механического просеивания.
5. Морской песок.  Это  песок, имеющий в своем составе (в сравнении с другими видами песка) наименьшее количество посторонних примесей.

Кстати   в песочницу   привозят  простой  карьерный песок.

По составу пески чаще кварцевые (кварц – наиболее устойчивый минерал). К кварцевым зернам могут примешиваться зерна полевых шпатов, слюды, глауконита, кальцита, магнетита, окислов железа и др. В случае преобладания в породе одного из вышеуказанных минералов название песка дается по этому минералу [9].

4.2. Свойства природного песка

Песок – это осадочная горная порода и природный материал, состоящий из зёрен горных пород (приложение 1, фото 1). Очень часто состоит из почти чистого минерала кварца (вещество – диоксид кремния). Кроме этого, песок – это сыпучие крупинки кварца или иных твёрдых минералов (приложение 1, фото 2, 3).

Песок обладает несколькими уникальными свойствами, которые позволяют ему стоять в ряду лучших строительных материалов. Какими? На практике  вместе с  руководителем  мне удалось эти свойства вспомнить, так как они знакомы  всем нам  с раннего детства.

Это:

• Не  сжимаемость, отсутствие сжимаемости. Это свойство позволяет использовать песок для того, чтобы располагать на нем основания зданий, больших  сооружений, дорог.
• Отсутствие сцепления или рассыпаемость (приложение 1, фото 7). Это свойство сухого и чистого песка не позволяет песку удерживаться в плоскости по вертикали. Однако мокрый песок, наоборот, обладает хорошей силой сцепления песчинок и передает давление на дно сосуда или контейнера (приложение 1, фото 4).
• Водопроницаемость. Слой песка любой глубины проницаем для большого количества воды. Это свойство песка используется при создании фильтров.
• Равномерность  высыпаемости. Через определенное отверстие песок высыпается равномерно, с одинаковой скоростью, которая не зависит от высоты слоя и давления. На этом же свойстве песка основана работа песочных часов.

4.3. Значение песка для  человека

Большие количества песка расходуются для приготовления строительных растворов и бетонов (приложение 1, фото 4), в дорожном деле для устройства оснований дорог и приготовления асфальтобетона (приложение 1, фото 5). Громадные количества песка потребляет железнодорожное строительство. Чисто кварцевые (без примесей) пески высоко ценятся и употребляются как сырье в стекольной (приложение 1, фото 6), керамической и металлургической промышленности. Используют  и в медицине.  

        Старая детская забава – лепить  куличи, замки, лабиринты из песка (приложение 1, фото 7). А  сегодня  особым спросом пользуется создание фигур и скульптур из песка (приложение  1, фото 8). Это уже вид искусства, а не забава для детей.

Современное веяние – картины из песка и картины песком (приложение 1,  фото 9). Песок – это богатый с удивительными свойствами и возможностями материал, без лишних усилий способный принять любую задуманную Вами форму. И ведь не просто так психологи различных стран применяют его в своей технике «Песочная психотерапия», которая через «общение» с песком полезна не только детям, но и более взрослым (приложение  1, фото 8).

5. Экскурсия  на карьер

Возвращаясь  к   вопросу о добыче полезных ископаемых  на Смоленщине, необходимо отметить, что   добыча песка, валунов осуществляется  карьерным открытым способом.  Такие месторождения  есть  и  в Ярцевском районе. Однако на начала  исследования  эти карьеры  были закрыты. И лишь в конце февраля 2016 года  состоялась     поездка на карьер «Савино» (приложение 3, карта 4), который располагается  в  Духовщинском районе в 22 километрах к северо-западу  от города Ярцево (приложение 1, фото 11).  Он был открыт относительно недавно, в 1991 году.   Карьер поразил свое мощью: его высота  составляет  22 м, объём разработки карьера 17 млн. кубометров. Из техники нам повстречались  большегрузные  КамАЗы и экскаваторы (приложение 1, фото 12). Здесь ведётся добыча и переработка природного песка, гравия, щебня (приложение  1, фото 13).

В карьере  добывается песчано-гравийная смесь, состоящая из  валунов, песка, гравия (приложение 1, фото 14). Далее полученный материал поступает на просеивание  (приложение 1, фото 15) Получается три продукта:   валуны (приложение 1, фото 16),  гравий (приложение  1, фото 17),   песок (приложение 1,  фото 18).

Далее валуны поступают  на дробилку (приложение 1,  фото 19). В результате  дробления  валунов получают крупный щебень (приложение 1,  фото 20), после вторичного дробления   получают  мелкий щебень. Щебень – материал, поступающий   в дальнейшем  для  строительства дорог (приложение 1, фото 21, 22).

Добытый гравий может на прямую  поступить на   отсыпку авто- и железных дорог. Часть гравия поступает  на дробилку и в итоге получается щебень.  Далее партия щебня  поступает  на промывку. Это позволяет  в нём выявить наличие  руды. Тогда   щебень отправляется на завод обогащения. Оставшийся щебень поступает  либо   потребителям, либо  для  получения  мелкого щебня.

Добытый  природный  песок  отправляется потребителям,  в строительные, дорожные организации (приложение 1, фото 23), либо   частным лицам.

В карьере есть место, где  накапливаются  крупные валуны, не идущие на переработку (приложение 1, фото 24), так как дробилка  не  в состоянии их переработать. Такие валуны   используются  для  декорирования приусадебных  участков, садов, фасадов зданий, оград.

Даная встреча  лично  меня впечатлила не только масштабом работы карьера, но  и   самим фактом существования  такого вида работы  в   экономике нашего региона.  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Брось песочек из совка  в синее  ведёрко

Поднимайся  в облака золотая горка.

Горка не послушалась и сама  разрушалась

Ох, до чего непрочная, ты, горка песочная.

  Ю.Энтин

В течение  трёх  с половиной месяцев  я изучал  самый простой объект неживой природы.  В итоге простой песок открыл для меня  интереснейшие  знания и породил множество вопросов  о нашей планете, её строении, развитии.

Выводы:

1. Изучение любого объекта – это непростая, сложная, долговременная, но увлекательная и познавательная работа.  Исследование  вдвойне  интересно тем, что касается  нашей области  и  нашего  Ярцевского района.
2. Простые  вещи, окружающие нас, имеют  длительную историю развития, порой даже захватывающую.
3. Природный песок, который  мы привыкли   видеть и  с которым мы все любим играть, оказывается  – это  видоизменённая многочисленными  факторами природы и миллиардами лет магма Земли, часть  внутреннего слоя планеты! И мы, не задумываясь, прикасаемся   к  песку, который  является прямым  свидетелем  сложнейших внутренних и внешних   процессов формирования нашей  планеты Земля!
4. Песок – это горная осадочная порода, которая  добывается,   в том числе и  на территории нашей области. А значит,  в  экономике Смоленщины  развивается   добывающая промышленность. Особенно это актуально на  фоне  массовой эксплуатации информации о  том,  что в  России добывают  только нефть и газ.
5. Природные пески  имеют  широкое применение   в народном хозяйстве: строительная,  дорожная, стекольная  промышленность; используется  песок     для  ваяния  скульптур, картин; он  нашёл применение   у  психологов  и логопедов.
6. На Смоленщине  издавна  люди занимались обработкой горных осадочных пород: глины, камня и известняка.
7. У песка, оказывается, в недрах  нашей области есть «родственники»: валуны, гравий, бурый уголь и т.д.  А в Ярцевском районе  у реки Вопь обнаружены даже алмазы!
8. Горные осадочные породы  нашей области,  как и песок,   широко применяются   в  строительстве, дорожной промышленности, как декоративный материал.

Наше  исследование не закончено, будет проводиться и  дальше.   Информация  о горных породах Смоленщины далеко ещё не исчерпана. Строение  минералов, их   характеристика и разновидность   предполагают  владение  большим объёмом информации. Очень хотелось бы  создать подробную  коллекцию  минералов нашего района и области, посетить  карьеры   по добыче разных полезных ископаемых    в других  районах. Поэтому  работа  будет продолжаться!

СПИСОК   РЕСУРСОВ

1. География Смоленской области: Учебное пособие. Под ред. А.П. Катровского. – Издан е четвёртое, переработанное, дополненное. –   Смоленск, 2000. – 208 с.
2. Даль В.И. Большой иллюстрированный толковый словарь русского языка: современное написание: ок.1500 ил. М.: Астрель: АСТ: Транзиткнига, 2005. – 348 с.: ил.
3. Ефремова Т. Ф. Новый словарь русского языка. Толково-словообразовательный. – М.: Русский язык, 2000.
4. Учебно-методические материалы по географии Смоленской области. – Смоленск: Универсум, 2004. – С.28.
5. Барская В.Ф., Рычагов Г.И. Практические  работы  по общей геологии. Учебное пособие для студентов пединститутов. М.: просвещение, 1970. – 158 с.
6. Журавлева Л.С. Этнография  Смоленщины. Краткий исторический очерк. Смоленск, ООО Альфа-Принт-96, 2000. –  43 с.
7. Катровский А.П. География Смоленской области. Учебное пособие. – Издание четвёртое, переработанное и дополненное. – Смоленск, 2000.
8. Маймусов Д.Ф. Природа России. Смоленск, 2003 год. –  426 с.
9. Толстой М.П. Геология   с основами минералогии. М.: Агропромиздат, 1991. – 338 с., ил.
10. http://geografya.ru
11. http://www.mining-enc.ru
12. http://www.protown.ru