3. дальнейшее формирование навыков наблюдения при проведении опытов учителем, иллюстрирующих разрушение горных пород под влиянием температуры и воды .
Оборудование и наглядные пособия : презентация, учебники, коллекция горных пород ,образцы гранита ,пинцет, спиртовка ,спички , дощечка с двумя вбитыми гвоздиками ,монета ,стаканы с холодной водой .
I. Организационный момент.
Проверка готовности учащихся к уроку.
1, 2 – выше голова,
3, 4 – плечи шире,
5, 6 – тихо сесть.
Долгожданный дан звонок,
1. Этот мастep белый, белый, —
В школе не лежит без дела,
Пробегает по доске,
Оставляет белый след.
2. Росли на болоте растения.
А теперь это топливо и удобрение.
3. Что за странный камень это?
Непонятного он цвета.
Он из зёрен состоит,
4. Он черный, блестящий,
Людям помощник настоящий.
Он несёт в дома тепло,
От него в домах светло,
Помогает плавить сталь,
Делать краски и эмаль .
Окружающий мир. Разрушение горных пород
— Как одним словом назвать – что это?
— На какие группы можно разделить эти горные породы?
— Что относим к магматическим породам?
— Что относим к осадочным породам?
— В чём отличие образования осадочных и вулканических пород?
Отвечают на вопросы.
( У) – горные породы.
-На магматические и осадочные.
— каменный уголь, известняк, торф.
— осадочные сформировались из остатков растений, живых организмов; магматические образуются при затвердении и остывании магмы, возникающей во время извержения вулканов
III. Формулирование учебной задачи.
-Что видите на фотографиях?
— Что заметили особенного на этих фотографиях?
-Как можно назвать эти изменения ?
— Почему произошли разрушения?
– Значит есть причины по которым происходит разрушение?
– Какую цель ставим перед собой?
(Возможные версии детей)
( У ) — Узнать по каким причинам происходит разрушение камней .
IV. Открытие нового знания
— Какие горные породы вы можете встретить, гуляя по окрестностям своего села или города?
— Выскажите предположение, как образуются эти горные породы?
— Сейчас мы проведём опыты, давайте понаблюдаем за их результатами.
Проблема: Как ведут себя твёрдые тела при нагревании?
Опыт: Монета проходит между гвоздями, после нагревания нет.
Вывод: твёрдые тела при нагревании расширяются.
А если остудить монету? Попробовать просунуть её между гвоздями?
Вывод: при охлаждении твёрдые тела сжимаются.
-Нагреем маленький кусочек гранита и опустим его в холодную воду.
( так делаем несколько раз)
— Появляются трещины, если проделать эту процедуру много раз, то гранит раскрошится.
Вывод: при нагревании твёрдые тела расширяются, а при охлаждении – сжимаются)
Задумайтесь, почему именно сейчас об этих свойствах мы вспомнили?
( У )- можно увидеть речную гальку, песок, огромный валун , кусочек каменного угля ,торф .
( У) — можем объяснить только, как образовались каменный уголь и торф
Наблюдают за опытами и формулируют выводы.
« Как разрушаются горы»
Ну-ка, кто из вас ответит:
не огонь, а больно жжёт,
не фонарь, а ярко светит,
и не пекарь, а печёт? ( солнце )
Неизвестно, где живёт,
Налетит – деревья гнёт,
Засвистит – по речке дрожь,
Озорник, а не уймёшь (ветер)
— Сильный ветер выдувает с поверхности скал маленькие частички. Этот процесс называется выветриванием. Выветриваются более рыхлые частички.
Я и тучка, и туман,
И стеклянной быть могу. (вода )
1-й ряд — Как влияет на горные породы солнце?
2-й ряд – Как влияет на горные породы ветер?
3-й ряд — Как влияет на горные породы вода?
-Один ветер действовать на камни не может. Ему на помощь приходит вода. Вода проникает в любые трещины, она растворяет частицы многих минералов, вымывая их из горных пород.
Как можете прокомментировать данную фотографию? Относится ли она к теме урока?
— В трещины попадает вода. Зимой она замерзает и расширяется. Тем самым трещины еще больше расширяются и углубляются. Отдельные куски камней откалываются и падают к подножию скал.
-В трещины скал ветер заносит семена растений. В результате на камнях вырастают пучки трав, кусты и даже деревца. Корни этих растений еще больше расширяют трещины, тем самым разрушая скалы и камни.
-Вода есть не только на поверхности земли, но и под землей. Проходя под землей, вода образует разнообразные лабиринты и ходы. Каменная соль, известняк, гипс, мрамор – растворимы. Вода уносит их по маленькой частичке. Трещины расширяются и образуются подземные пещеры.
• Чтение текста с. 11 (учебник) С ЗАДАНИЕМ
1.Назовите причины разрушения горных пород. (УСТНО)
2.Что остаётся после разрушения огромных скал? ( ЧТЕНИЕ ОТРЫВКА ПО ТЕКСТУ)
— Какую роль играет солнце в разрушении горных пород?
— Какую роль играет ветер в разрушении горных пород?
— Какую роль играет вода в разрушении горных пород?
— Какую роль играет растения в разрушении горных пород?
— А эти породы, мы в какую группу отнесём?
— Можно ли сказать, что осадочные горные породы образуются из магматических ( вулканических)?
Источник: nsportal.ru
Выветривание горных пород: основные типы, их особенности и характеристики
Весь геологический период или век сопровождается выветриванием горных пород. Это достаточно сложный и продолжительный процесс, при котором разрушается поверхность минералов, либо они подвергаются абсолютному изменению. Важным условием для этого можно считать присутствие H2O, CO2, O2 и колебания температуры либо взаимодействие с местной флорой и фауной.
Преобладание различных условия либо факторов на участках формирования пород, определяет три основных разновидности процессов выветривания:
- органические;
- химические;
- физические.
Все эти разновидности имеют тесную взаимосвязь и чаще всего проявляются в сочетании друг с другом. Может преобладать какая-то конкретная форма, соответствующая условиям окружающей природы. Зачастую такие виды выветривания горных пород имеют место на суше. Намного реже можно столкнуться с этим явлением в условиях водных бассейнов
Как происходит выветривание, и какие остаточные продукты оно формирует?
В классическом понимании продукты, задержавшиеся в породе, принято именовать элювием. По большей части так называют скопления рыхлых обломочных пород с разным составом, будь то глина или глыбы. Также это обломочные накопления солидных продуктов инсоляции (горизонты, корки и калькреты) и метасоматиты.
Выветриваемые продукты формируются в ходе естественных исторических изменений земной коры. Со временем меняется рельеф, климат местности, структура почвы и тектонический режим. Здесь формируются переотложенные скопления, различающиеся между собой вариантом переноса и садиментационными окружающими факторами.
Так, например, одна из разновидностей выветривания горных пород – эрозия. По сути, это выветривание минеральных элементов движущимися ледниками, потоками воды, ветра и гравитацией. Также подобные процессы иногда называют денудацией, то есть, не выветривание, сопровождающееся сносом.
При выветривании имеют место два ключевых условия. Разрушение материнской породы (процессы физического характера), а также химические процессы, включая реакции сообщения/обмена, окисления и гидратации. Как правило, эти два аспекта сочетаются друг с другом в различных соотношениях. При этом первый, как правило, становится подготовкой к химическому этапу.
Типы выветривания и их особенности
Теперь поговорим более подробно о каждом геологическом типе выветривания и о его характерных особенностях.
Физический тип
Процесс физического выветривания, как было сказано выше, основан на дезинтеграции или дроблении материнской породы. При этом существенных изменений в составе зёрен минерального происхождения не происходит. Эти процессы можно считать характерными для такой географии широт, как Антарктика, Арктика, а также для аридных местностей (полупустыни, пустыни) и горных районов.
Эти процессы протекают в условиях температурных изменений. Это может быть замерзание воды с последующим оттаиванием, биологические факторы (деятельность живности в корнях растительности или роющих животных), а также соляная кристаллизация в капиллярных водах. Между тем никаких видимых трансформация состав обломочных частей не претерпевает.
Среди основных факторов механического выветривая первостепенную важность имеют температурные перемены в течение сезонов и даже суток. В породе горы скапливаются зёрна, различающиеся между собой составом. Каждая категория таких зёрен может по-разному реагировать на температурные изменения. Основное их отличие состоит в коэффициенте линейного и объёмного расширения, который отражён в специальной расчётной таблице.
В ходе физических выветривающих процессов может иметь место кристаллизация. Так, вода, замерзая, превращается в лёд. За счёт этого её объём увеличивается почти на 10%. Это приводит к расклиниванию породы трещинами и, в итоге, к разрушению.
Немалое влияние имеет тектоническое напряжение, при которых изгибаются породистые пласты. В результате происходит их сминание и образуются разрывы. Целостность породы при этом нарушается.
Следующие два фактора, ударное действие ветра (корразия) и волн (абразия), также считаются важными при физическом выветривании разных типов горных пород. Морской прибой и водные течения механически разрушают коренные породы. Ударные волны с песчинками и камнями обрушают и растворяют породу. Имеет место и подводная абразия, которую можно встретить на океаническом, морском и озёрном дне.
Глубина водоёма при это может составлять несколько десятков метров, в случае с озёрами, или сотен метров, при подводной абразии в морях и океанах.
При денудации и эрозии имеет место гравитационное влияние. Именно оно определяет первичное разделение обломочных материалов. Так крупные части пород скапливаются преимущественно в различных местах на склонах, а также у подножий гор. Более мелкие частицы уходят с водой или разносятся ветром, иной раз на многие километры от мест разрушения.
Типы физического выветривания различаются между собой в зависимости от фактора, под действием которого происходит разрушение породы. Это может быть разрушение под действием солнечных лучей, снега, мороза, льда и биологических факторов.
По части определённых процессов, происходящих в массивах, физический и химических тип породистого разложения имеют определённые схожести. То есть, и в первом, и во втором случаях имеют место разрушительные химические процессы. Однако в случае с физической категорией, механические факторы значительно преобладают.
Химический тип
В геологии представляет собой сложные химико-биологические, сопровождающие распадением горных пород. Также имеют место различные реакции биохимического и биогенного характера. Действие органических кислот, кислорода, аммиака, углекислоты, азотной и серной кислот, а также воды можно отнести к основным факторам химического выветривания горных пород.
Создавайте будущее вместе с нами
Присоединяйтесь к нашей команде: мы создаем финтех-сервисы для 28 млн клиентов и опережаем рынок на 5 лет. Работаем на результат и делаем больше, чем от нас ждут.
Под влиянием этих факторов происходят выщелачивательные, гидратационные, окислительные, растворяющие, гидролизные и карбонатизационные процессы. Щёлочи, катионы металлов, гидроксиды и оксиды при этом выносятся из активной зоны.
Важнейшим агентом при химическом типе считается биогенный фактор. Он влияет на различные, взаимосвязанные процессы выветривания в литосфере, гидросфере и атмосфере. Под действием биомассы оказывается каталитическое действие на синтез и деградацию. Формируется благоприятная среда, в которой действуют активные бактериальные компоненты.
Водная структура – это определяющий фактор. По сути водная среда со свойствами слабых электролитов диссоциирует на OH – и H + ионы. В этой связи водная среда способствует растворению практически любых, известных на сегодня минералов.
Кислотно-щелочной показатель pH также влияет на растворимость некоторых минеральных компонентов, формирующихся в процессе минерально-химического выветривания. К примеру, гидроксид железа подвержен растворению – таким образом, растворяющие водные массы способны переносить его, но только в кислых средах. Когда раствор нейтрализуется, гидроксид осаждается. А вот алюминия гидрат растворяется не только в кислых, но и щелочных средах.
Таким образом, фактор растворимости непосредственным образом влияет на перенос компонентов и условия, в которых они осаждаются. Помимо кислотно-щелочного фактора важную роль в химико-физических условиях растворения среды и миграции частиц играет восстановительно-окислительный потенциал (Eh).
Одним из ключевых факторов при химическом типе считаются продукты разрушенной органики. В первую очередь речь идёт об остатках растительного происхождения, образующих гуминовые кислоты. Последние в свою очередь окисляют среду и способствуют разложению силикатов. Наличие органических веществ способствует формированию восстановительной среды.
Таким образом, растворимость большинства закисных соединений в этом случае более выражена, чем у окисных. Микробы существенным образом влияют на сульфатную редукцию, участвуют в образовании водорода и переведении окисного железа в нерастворимую форму.
Наконец, свой особый вклад в процессы химического выветривания и выхода побочных продуктов из мест разложения материнской породы вносит углекислота. Она образует с отдельными группами металлов растворимые соединения. Карбонат металла в сочетании с углекислотой переходит в бикарбонат, который имеет более высокий показатель растворимости.
Подводный тип
Процессы выветривания горных пород имеют место не только на суше, но, как уже было сказано выше, на дне различных водоёмов, преимущественно океанов и морей. Если рассматривать последние, то при наличии морской воды, богатой минералами, а также при смене температур, газовых режимов и давления происходит растворение горной породы и минералов. При этом формируются новообразования элювиального типа с продуктами биологической, метасоматической и химической природы.
Сочетание всех этих процессов в подводной среде приводит к изменению состава минеральных разностей, которые могут присутствовать здесь на дне либо во взвешенном состоянии. Такую совокупность принято называть гальмиролизом. При этом он относится не только к минеральным образцам на морском дне, но и к продуктам вулканической активности.
К числу ключевых факторов разложения минералов в подводной среде принято относить:
- воду;
- состояние газов;
- биос;
- давление;
- степень солёности;
- температурный режим и его изменения.
В зависимости от глубины водоёма, на которой происходят процессы разложения, схема воздействия этих факторов меняется. В зоне подводного разложения температура, при которой происходят процессы распада и выветривания, более низкая, если сравнивать её с температурным режимом химического выветривания в континентальной среде.
С увеличением глубины, на котором формируется донный осадок, растёт показатель давления. На 200 метрах он составляет порядка 20 атмосфер, а на глубине 10 тысяч метров – до 1000 атмосфер. Таким образом, растворимость газов и твёрдых веществ возрастает. Более активно и в краткий период проходят химические процессы. Также меняется их эффективность и направление.
Высокая скорость скопления осадков не влияет на развитие процессов выветривания под водой. Это обусловлено тем, что осаждаемые материалы долгое время не контактировали с природными водами, вследствие их перекрытия новыми осадочными слоями. При этом солёные воды не успевают оказывать выраженного химического воздействия на эти материалы.
По мере удаления от линии берега на море и в океанах, скорость накопления осадков снижается. По этой причине гальмиролиз проявляется более активно на глубоководных участках водоёмов. Также его активность обусловлена от жизнедеятельности микроорганизмов и скорости осадочного скопления.
Растворённое вещество имеет свойство мигрировать в вертикальном направлении, а его частицы – цементироваться. Под действием гидратации, гидролиза, миграции, восстановления и окисления гальмиролизированные осадки синтезируются в другие минеральные породы. К их числу можно отнести:
- фосфориты;
- гидроксид марганца и железа;
- цеолит;
- шамозит;
- карбонаты;
- глауконит;
- цеолит;
- глинистые породы.
Формируются преимущественно фосфатные породы. Бактериальная микрофлора выступает катализатором при гальмиролизе. Они ускоряют химический процесс, однако не изменяют направленность и продукты, которые они продуцируют в процессе.
Химико-физические условия водной среды непосредственным образом влияют на ход и проявление выветривания под водой. Последнее при этом достигает апогея в развитии при нулевых и малых скоростях накопления осадков в районах подводных хребтов и глубоководных областей.
Напоследок хотелось бы упомянуть о фумарольной и гидротермальной переработке осадочных образований в местах вулканической активности. Здесь преобладают сульфат-ионные составы, а также пирокластические осадки пепла, которые наряду с кислой средой и высокими температурами делают глинозём подвижным. Это, в свою очередь, формирует белоцветной и пестроцветной элюфий, который по Калугину называется сольфатарно-фумарольная кора выветривания.
Источник: 2cad.ru
Разрушение горных пород
Исходным материалом для образования осадочных пород являются продукты разрушения горных пород различного происхождения.
Горные породы разрушаются в результате выветривания. Важнейшими агентами выветривания являются вода, ветер, температурные изменения. Вода проникает в трещины, постепенно размывает и растворяет составные части горных пород, а при замерзании (вследствие увеличения в объеме) разрушает их. В результате резких температурных изменений монолитность горных пород нарушается, они растрескиваются, происходит отделение кусков и глыб разной величины. Ветер выдувает и уносит частицы разрушенных пород. < Продукты разрушения переносятся ветром и особенно водными потоками на различные расстояния.
Выветривание проявляется не только в виде механического разрушения, но и как результат взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере (химическое разрушение). Так, полевые шпаты (например, ортоклаз) под действием воды и углекислого газа, содержащегося в воздухе, разрушаются, образуя минерал каолинит:
K2O•Al2O3•6SiO2 + 2H2O + CO2 = К2СО3 + 4SiO2 + Al2O3•2SiO2•2Н2О
(ортоклаз) (поташ) (каолинит)
Осаждение и накопление продуктов разрушения приводят к образованию осадочных пород, которые в зависимости от условий образования делятся на следующие основные группы: обломочные (механические осадки), химического происхождения (химические осадки) и органогенные, получающиеся в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, населяющих моря и озера.
Особенностью осадочных пород является их слоистость – результат постепенного осаждения продуктов разрушения.
Обломочные породы (рыхлые) разделяются по размерам обломков на крупнообломочные размером более 2 мм (гравий – окатанные зерна и крупные пески); среднеобломочные размером 2-0,1 мм (пески); мелкообломочные размеры 0,1-0,01 мм (пылеватые частицы) и тонкообломочные размером менее 0,01 мм (глины).
Обломочные породы, связанные между собой каким-либо веществом (глиной, кальцитом, кремнеземом и др.) называются цементированными породами. Из них наибольшее значение в строительстве имеют песчаники – цементированные кварцевые пески. В зависимости от цементирующего ‘вещества различают песчаники глинистые, мергелистые, известковые, кремнистые и др. Окраску песчаникам придают цементирующие вещества.
Для строительства наиболее часто применяют кремнистые и известковые песчаники; первые – сцементированы кремнеземом, вторые – кальцитом. Наиболее стойки и прочны кремнистые песчаники, имеющие предел прочности при сжатии до 2 500 кг/см2. Высокая твердость песчаников делает обработку их трудной. Большой объемный вес (до 2 700 кг/м3) и высокий коэффициент теплопроводности песчаников дают возможность применять их только для стен неотапливаемых зданий, фундаментов, подпорных стенок, набережных, для устройства ступеней и тротуаров, а особо стойкие – для облицовки зданий и сооружений. Песчаники используют также в виде щебня и бута.
Породы органогенного происхождения
Эти породы образуются в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, находящихся в морских и пресных водах. К органогенным породам относятся различные карбонатные и кремнистые породы. Для строительных целей используются известняки, известняки-ракушечники, мел (в которых основным веществом является кальцит) и диатомиты и трепелы (в которых основным веществом является аморфный кремнезем).
Известняки состоят главным образом из СаСО3. Они образовались в морских бассейнах в основном из остатков раковин моллюсков (зоогенные породы), а также (частью) за счет химических осадков (вследствие выпадания из раствора углекислого кальция). Рыхлые скопления раковин и их обломков уплотнялись давлением воды и скреплялись углекислым кальцием в более или менее плотную породу.
Известняки имеют твердость около трех. При большой примеси кремнезема их твердость и прочность повышаются, что затрудняет обработку. Объемный вес известняков 1 700- 2 600 кг/м3. Они бывают белого цвета или (в зависимости от примесей) и других цветов. При содержании более 3% глины известняки становятся влагоемкими и недостаточно морозостойкими.
В зависимости от относительного содержания СаСО3 известняки называются чистыми (не менее 98% СаСОз) и мергелистыми (не менее 90% СаСО3); при содержании СаСО3 не менее 75% называются известковыми мергелями, не менее 40% – мергелями и не менее 10%-глинистыми мергелями; мергели определенного состава используются для изготовления портландцемента.
Прочность известняков – от 80 до 2 000 кг/см2 в зависимости от плотности и состава. Они залегают обычно пластами.
Месторождения известняков имеются во многих районах СНГ.
Известняк плотный применяют в виде обработанных плит и фасонных деталей для облицовки стен, изготовления лестничных ступеней, подоконников, цоколей и карнизов; плиты неправильной формы – для бутовой кладки. Известняк используют также для изготовления щебня, идущего в бетон, для обжига на известь, в производстве портландцемента и пр.
Пористые известняки и известняк-ракушечник легко поддаются распиловке на штучный камень определенных размеров и используются для кладки стен. Объемный вес известняка-ракушечника составляет от 600 до 1 500 кгмг3, предел прочности при сжатии – от 4 до 50 кг/см2.
Мел состоит из мелких частиц раковин простейших животных, имеет в основном тот же химический состав, что и известняки, но малую прочность; используется для получения извести, приготовления красок, замазок и пр., а также в производстве цемента.
Диатомиты и трепелы представляют собой богатые аморфным кремнеземом, слабо или вовсе не цементированные, рыхлые или землистые массы.
Они образуются из минеральных панцырей диатомовых водорослей, живущих в пресной и соленой воде. Панцыри остаются на дне водоемов, уплотняются, между ними осаждаются тончайший ил и глина. Трепел – порода более раннего происхождения, в которой панцыри превратились в мельчайшие шарики опала, сцементированные опаловым цементом. В СНГ имеются многочисленные месторождения этих пород.
В диатомите и трепеле высших сортов содержится не менее 75 и до 96% SiO2. Диатомит и трепел имеют почти одинаковые химические составы и физические свойства: объемный вес от 350 до 950 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,15-0,2. Диатомит и трепел широко используются как теплоизоляционные материалы и как активные гидравлические добавки к вяжущим.
Породы химического происхождения (химические осадки)
Магнезит (MgCO3) состоит из минерала того же названия. Используется для получения огнеупорных материалов и магнезиального вяжущего – каустического магнезита. Наиболее богатое месторождение магнезита имеется на Урале.
Доломит состоит главным образом из минерала того же названия (СаСО3 • MgCO3). По свойствам доломиты близки к плотным известнякам, а иногда обладают и более высокими качествами. Доломиты применяются в качестве строительного камня и щебня для бетона, а также для получения огнеупорных материалов и вяжущего вещества – каустического доломита. Доломит широко распространен в СНГ.
Гипс, состоящий из минерала того же названия (CaSO4 • 2Н2О), используется для изготовления гипсовых вяжущих веществ.
Цвет гипса бывает различный в зависимости от примесей.
Наиболее крупные месторождения гипса находятся в Горьковской области, на Урале, в Башкирии, в Татарстане, на Украине и в других местах СНГ.
Ангидрит, состоящий из минерала того же названия (CaSO4), применяется для получения вяжущих, а также для изготовления плит, идущих на внутреннюю облицовку. Внешне ангидрит заметно не отличается от гипса и залегает обычно вместе с ним.
Известковые туфы образовались в результате выпадения СаСО3 из холодных и горячих подземных углекислых вод. Очень пористые известковые туфы используют как сырье для приготовления извести, а плотные с мелкими равномерно расположенными порами – для наружной облицовки зданий.
Источник: pandia.ru