"Геологічні артефакти Запорізької області та реконструкція передбачуваних палеогеографічних умов нашого краю у неоген-палеогеновий час"

УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ  ЕНЕРГОДАРСЬКОЇ МІСЬКОЇ РАДИ

ЗАПОРІЗЬКОЇ ОБЛАСТІ

ЕНЕРГОДАРСЬКОЇ  ЗАГАЛ ЬНООСВІТНЬОЇ ШКОЛИ №2 I-III СТУПЕНІВ

ВСЕУКРАЇНСЬКА ЕКСПЕДИЦІЯ «МОЯ БАТЬКІВЩИНА УКРАЇНА»

Тема:

«ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ   АРТЕФАКТИ ЗАПОРОЖСКОЙ ОБЛАСТИ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ПРЕДПОЛАГАЕМЫХ  ПАЛЕОГЕГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ  НАШЕГО КРАЯ  В  ПАЛЕОГЕН-НЕОГЕНОВОЕ ВРЕМЯ»
 

НАПРЯМОК : ГЕОГРАФІЧНИЙ

СЕКЦІЯ:  « ГЕОЛОГІЧНИМИ СТЕЖКАМИ УКРАЇНИ»

Терміни проведення        березень – жовтень 2012р
 

ЕНЕРГОДАР    2012

Состав поисковой группы: Остальский Дмитрий 11Б, Бочкарев Михаил 11Б, Корж Никита 8А,

руководитель группы: Домбровская Наталья Ивановна учитель географии ЭООШ №2 т. 5-17-72, т. 0664349650

консультанты: зав.отделом природы областного краеведческого музея Черноморец Валерия Степановна, научный сотрудник музея Деркач Тамара Григорьевна т. 0617645705

Неустанно ищите факты, собирайте их в природе и в книгах, читайте хорошие учебники от доски до доски и, кроме того, книги, не входящие в программу.

(В.Обручев)

Вступление: Мир в котором мы живем, постоянно меняется и с ним меняемся и мы. Но понять суть изменения можно, только зная прошлое, которое всегда оставляет следы. Иногда ясные, отчетливые, иногда скрытые. И подчас не так то просто осознать, что ты держишь в руках частицу собственной истории... Интерес истории природы Земли привел нас к занятию палеонтологией. Любая работа палеонтолога начинается с изучения остатков ископаемых организмов, или, как их традиционно называют - окаменелостей. Но, что бы их изучать их нужно сначала найти.

Полное уничтожение погибшего организма - нормальное явление, остатки любого погибшего растения или животного немедленно используется другими растениями и животными, а оставшиеся “не съедобные” части - разрушаются механическими и химическими силами неживой природы.

Составляющие их части вновь включаются в вечный круговорот веществ.

Но очень редко, при определенных условиях, бывает, что кое-что сохраняется навеки. И именно по этим образцам палеонтологи и вынуждены восстанавливать всю грандиозную картину развития жизни на Земле. Сложнейшая задача, иной раз действительно имеющая что-то общее с работой сыщика -криминалиста.Нам повезло, нам удалось раздобыть этот редкий геологический артефакт - окаменелое дерево.

Объект  нашего исследования геологическое прошлое нашего края, Украины и всей планеты. Предметом исследования является окаменелое дерево, которое было найдено  в 2007 году в районе села Григорьевка в песчаном карьере, будучи на туристических соревнованиях. (рис. 1)

Рисунок 1 (Окаменелое дерево)

Современные  геологические исследования отличаются большой актуальностью, сейчас особенно важна популяризация геологических знаний, так как в геологической науке многое меняется, иногда совершенно кардинально.

Целью нашей работы было детальное изучение свойств окаменелого дерева, его состава, чтобы хоть немного представить в каких палеогеографических условиях произошла петрификация этого дерева и иметь целостную картину геологического прошлого мира, понимать процессы происходящие в природе .Также нам хочется пробудить у школьников интерес к геологии родного края и планеты Земля.

Задачи – овладеть основными знаниями геологических исследований, провести химический, радиологический и рентген - анализ минерала, изучить геохронологию своего края и представить свою  исследовательскую работу.

Практическое значение нашей работы в том, что ее результатами могут пользоваться как ученики, так и учителя. Мы популяризируем такие предметы как палеогеография, геология, палеонтология, палеоботаника. В процессе исследований мы выработали в себе следующие  умения и навыки: различать горные породы и минералы, самостоятельно зарисовывать и описывать образцы, читать геологические карты, работать с научно-популярной литературой, справочниками , проводить химические исследования , принимать посильное участие в поисковых работах.

Научность нашей работы состоит в том, что мы впервые исследовали минерал окаменелое дерево различными методами, до нас в нашей школе никто этим не занимался. Любые данные палеонтологии несут огромную важность  для геологии - по ним можно реконструировать физико-географическую обстановку прошлого, изучать пути формирования геологических слоев, условий образования и место нахождения полезных ископаемых.  И вообще, эта тема не особенно поднята и в академической науке. Проводя  исследования окаменелого дерева, мы использовали следующие методы:

              консультация специалистов-геологов

метод индукции и дедукции

анализ материалов и научной литературы

макроскопический метод описания по внешним признакам

рентгенологический

метод химического анализа

гама-радиометрический

анализ геологических карт

Основная часть. Перед тем как заниматься исследованием окаменелости мы тщательно  изучили большой объем информации (научную  литературу по  палеонтологии и палеоботанике,   фотографии местности, получили консультации специалистов Запорожского краеведческого музея ) и изучили геологическое прошлое Запорожской области  по школьным геологическим   картам и по картам Национального географического Атласа Украины.

Запорожская область площадью 27,18 кв. км расположена в основном в пределах Украинского щита, только северо-восточная и юго-восточная  части находятся на склоне щита и южная часть находится в пределах Причерноморской впадины.

В геологическом строении принимают участие два комплекса пород : докембрийский собранный в складки метаморфический комплекс, кайнозойский осадочный комплекс, горизонтально залегающий на породах докембрия. В пределах щита из нормального стратиграфического разреза выпадают породы  палеозоя и мезозоя (рис 4, 5). На склоне щита в Днепровско-Донецкой впадине в верхнем палеозое уже началось осадконакопление, представленное породами девона, карбона и более молодыми. Щиты - это приподнятые части фундамента древних платформ. Это название они получили  из-за того, что по форме напоминают воинские щиты средневековых рыцарей. Поверхность щитов выпуклая, средняя часть их приподнята и как бы погружается под молодые осадочные породы. Украинский щит является частью Европейской платформы, простирающейся от Уральского хребта на востоке, и до Карпат на западе. Платформа - основной элемент структуры континентов, характеризующийся более спокойным тектоническим режимом. Все платформы покрыты осадочными породами фанерозоя, мощность которых иногда измеряется километрами. На щитах мощность осадочных пород значительно меньше и измеряется десятками метров. Так, в пределах Запорожской области мощность осадочных кайнозойских пород измеряется от 80-100 метров. Если взглянуть на геологическую   карту то можно увидеть мозаику, образованную различными породами. На ней отражены, гнейсы, мигматиты, амфиболиты, граниты, габбро, железистые кварциты и другие породы. Все эти породы повсюду перекрыты осадочными отложениями: песками, глинами, суглинками, известняками. Наша находка оказалась среди слоя осадочных пород. А для любой науки основа основ - фактический материал, а для палеонтологии, факты - это остатки ископаемых организмов, окаменелости. На территории Запорожской области  много действующих карьеров, добывающих железные, марганцевые руды и различное сырье для производства строительного материала. Походы и экскурсии на эти объекты могут представлять интерес для тех кто интересуется геологией и палеонтологией, здесь можно познакомится с технологией добычи минералов и может быть найти какие-то геологические артефакты.

В восточной части Украины выделено около 17 проявлений окаменелой древесины, которые относятся к различным по возрасту и литологическому составу породам, расположены в таких геологических структурах как Днепровско-Донецкая впадина, Донецкая складчатая область, зона их сочленения, а также на отдельных участках осадочного чехла Украинского щита. Просто удивительно, в скольких разных местах можно обнаружить окаменелости -- не только в карьерах и утесах, но и в камнях , из которых сложены стены городских домов, в строительном мусоре и даже в своем собственном огороде. Но все они встречаются только в осадочных породах - известняке, меле, песчанике,  аргиллите, глинистом сланце. .Существуют различные взгляды на происхождение окаменелых деревьев.

Еще древнегреческие философы ломали головы над загадкой окаменелостей. Они находили морские раковины высоко в горах и догадывались, что когда-то это были живые существа. Значит, предполагали философы, эта территория некогда была покрыта морем. Совершенно справедливое утверждение! Но откуда взялись все эти окаменелости? Как раковины и деревья  оказались замурованными в горных породах?

Наука, изучающая окаменелое дерево, называется палеонтологией, что в переводе с греческого означает "изучение древней жизни". К сожалению воссоздать картины минувшего при помощи окаменелостей далеко не так просто, но мы убедились, если прочесть всего лишь несколько страниц каменной летописи  - то откроется множество любопытнейших фактов из жизни нашей планеты и ее далеком прошлом.

Чтобы умершее растение оказалось быстро захороненным, необходимо, чтобы над ним образовался слой, например, песка или ила. Тогда его останки вскоре лишаются доступа воздуха и в результате не загнивают.

Окаменелое дерево — окаменелость, древесина деревьев, произраставших в прошедшие геологические эпохи, замещённая различными минералами кремнезёма (халцедоном, кварцем или аморфным опалом). При этом структура дерева нередко хорошо сохраняется — отчётливо видны, например, годичные кольца. Окаменелый (или петрифицированный от греч.- камень) лес — значительное скопление древесных окаменелостей на небольшом участке.

Процесс образования. Процесс окаменения происходит под землёй, когда дерево оказывается похороненным под осадком, но не портится из-за недостатка кислорода. Богатая минеральными веществами вода, текущая сквозь осадок, приносит минералы в клетки растения, и когда лигнин и целлюлоза распадаются, остаётся камень, повторяющий первоначальную форму. При этом все органические вещества замещаются минералами (зачастую силикатами, такими как кварц), а оригинальная микроскопическая структура дерева сохраняется.

 Окаменелое дерево часто встречается и  в вулканических областях, в которых происходили извержения вулканов, в лесных ареалах. Китайскими учёными обнаружены окаменелые деревья вместе с останками динозавров возрастом 100 миллионов лет. Значительные залежи окаменелого дерева обнаружены в разных местах Земли: США (штат Аризона), Чили (Патагония), Египет, Россия (Средняя Сибирь, Камчатка, Приморье, Чукотка). Находили окаменелые деревья и в Европейской части России. Деревья могут быть как хвойных, так и лиственных пород. Самым известным в мире местом обнаружения окаменелых деревьев считается «окаменевший лес» в Аризоне, в котором окаменевшие стволы араукарии достигают длины 65 метров и диаметра 3 метров. Наиболее известные окаменелые леса планеты (как правило, национальные парки):(рис. 6, 7)

В Аргентине — один из самых больших природных памятников в аргентинской Патагонии.

В Бельгии — геоучасток Гудберг около Хугардена.

В Бразилии — геопарк Палеоротта.

В Греции — окаменелый лес на западе острова Лесбос (вероятно, самый большой, площадью 150 квадратных километров), имеет статус природного памятника с 1985 года.

В Египте: окаменелый лес у дороги Каир — Суэц, территория у Нового Каира, Маади, оазис Эль Фарафра.

В Индии — Тируваккарай около Мадраса.

В Канаде — остров Акселя Хайберга в Нунавуте.

В Ливии — сотни квадратных километров в Ливийской пустыне с различными окаменелостями.  

В России — в Московской обл., Курской обл., Самарской обл.

В Украине — Донецкая обл., г. Дружковка, Волынская обл.,

Запорожская обл., Харьковская обл., Львовская обл.                   

Окаменелое дерево- это уникальный самоцвет, который интересен не только своими декоративными свойствами, но и своим происхождением. Во многих странах этот камень издавна является объектом внимания со стороны торговых организаций. В некоторых случаях он стал символом самого государства. Так, например окаменелое дерево в Канаде является эмблемой провинции Альберта. Окаменелое дерево издавна было популярным драгоценным камнем. Разного рода украшение из него были известны еще в Ассирии, Вавилоне и Древнем Риме - бусы, вставки в кольца, подвески, кулоны. Отмечается стабильный спрос на изделие окаменелого   дерева. А сотрудники краеведческого музея  г. Запорожье нам рассказывали, что раньше очень часто при добыче  песчаников шли в отвалы куски окаменелой древесины, и ,  что в нашей области куски окаменелой древесины находят постоянно. Дерево один из универсальных символов мирозданья, считается, что кусочки окаменелой древесины продлевают жизнь своему владельцу. Хорошие декоративные качества окаменелого дерева стали использовать и на Украине. У нас его используют   для изготовления запонок, шкатулок, кулонов, подставок и пр...

Практическая часть: После изучения литературы  и теоретического материала мы перешли к практике.  По методике  Б. В. Пичугина мы составили диагностическую карту нашего окаменелого дерева, провели макроскопическое исследование по внешним признакам. И вот , что получилось: найденный нами артефакт - минерал органогенного происхождения;  цвет- серый; блеск - восковой; твердость по шкале Мооса- 5-7

(ногтем не царапается); излом - раковистый; морфология - пластинчатая; не магнитный;  жирный на ощупь; на вкус горьковатый; с  соляной кислотой реакция отсутствует;                                

Далее нам важно было узнать его химический состав.

Прочитав в литературе, что окаменелости чаще всего пропитаны  железистыми, кремнистыми, и известковыми соединениями,  мы начали подбирать методики исследования. Нам в этом помогла  учитель химии Василенко Неля Трофимовна.

Мы провели его химический анализ (рис.3). Определение кремнезема и обычных оснований производится из отдельной навески путем сплавления с карбонатом натрия.

Рисунок 3 (В химическом кабинете)

Многие силикаты разлагают обработкой фтористоводородной кислотой с добавкой серной, азотной или хлорной кислот; при этом циркон ZrSi0₄, топаз Al₂ (F, OH) 2Si0₄, ставролит 2Al₂OSi0₄Fe(OH)₂, силлиманит А1₂0₃ Si0₂, андалузит Al₂0₃ - Si0₂, дистен Al₂Si0₅, некоторые разновидности турмалина и аскинит Ca₂ (Fe, Mn) Al₂B(OH) SiOi₅ не разлагаются. Хлорной кислотой разлагают кальцит СаС0₃, доломит (Са, Mg) (C0₃)₂ и магнезит MgC0₃ для определения кремнезема.

Так как кремнезем является преобладающим компонентом огромного количества горных пород и минералов, он должен определяться с большей точностью, чем это необходимо для компонентов, присутствующих в более низких концентрациях. Следовательно, необходимо обратить особое внимание на тщательность всех    измерений и на чистоту стеклянной и полимерной посуды.   Наиболее распространенный метод определения общего кремнезема в растворе  основан на способности кремнезема образовывать с молибдатом аммония окрашенный в желтый цвет комплекс, который может быть восстановлен до синего при помощи метол-сульфитного реагента. Измерение степени пропускания света такими растворами обеспечивает непосредственную оценку содержания кремнезема. Растворы с известным содержанием комплексов кремнезема используют для построения калибровочного графика при соответствующей длине волны, пользуясь фотометром.  Школьная  лаборатория располагает недорогим   спектрофотометром,   который обеспечивает удобный интервал длин волн пропускания света.   . Выбор длины волны,  часто зависит от типа спектрофотометра, мы   подготовили   стандартные растворы кремнезема, чтобы провести калибровку количественных значений светопропускания при выбранной длине волны.

По этой методике мы определили состав нашего окаменелого дерева - кремнезем  -   SiO₂ c  примесями. Наличие тех или иных примесей   химических элементов в воде во время петрификации придает создающемуся окаменелому дереву ту или иную окраску - широкого диапазона цветов:

Углерод- черная;  

кобальт - зелёная/синяя;

хром - зелёная/ синяя;

медь - зелёная/синяя;

оксид железа -красная, желтая;

марганец - розовая/ оранжевая;  

оксид марганца  - черная, желтая.                     

Затем мы отнесли наш образец в   радиобиологическую лабораторию СЭС г. Энергодара. Нам любезно согласилась помочь инженер- физик Ковалёва Юлия Алексеевна. Гамма - радиометрическим методом  с помощью гамма- радиометра РУГ-91М были проведены измерения и результаты оказались следующими:

Ra-226  - 82,89 ± 9,03

Th -232 --126,3 ± 5,73            

K -40  -0,000 ± 58      

А эф Бк/кг- 248,4 ± 5,81  

Рисунок 2 (Радиологическая лаборатория)

Результат: представленный на исследование материал не превышает допустимые нормы установленные НРБУ - 97. Это значит, что радиационная обстановка во время роста дерева и его петрификации была не очень высокой. Следующим этапом было рентгенологическое исследование. Очень интересными  оказались рентгеновские снимки . Дерево замещено кремнезёмом, и  благодаря его мелкозернистой структуре, дерево практически полностью сохранило не только внешний вид, но и все особенности и   мельчайшие детали строения древесины. На снимке отчетливо видны прогрызенные ходы личинок  и других доисторических  насекомых и червей. И из этого мы сделали вывод , что петрификация  происходила медленно, или дерево было уже очень старое.  Интересную  информацию  о палеогеографических условиях нашей местности  нам предоставили сотрудники краеведческого музея г. Запорожья: Черноморец Валерия Степановна и Деркач Тамара Григорьевна. Основные геологические слои нашей местности - это архей, мел и палеоген. Огромная ниша оказалась пустой. Окаменелые деревья которые здесь находят - это дуб и каштан.   Оказывается большая часть нашего края является дном древнего  Сарматского водоёма (пресное) (рис. 3).

Рисунок 3 (Каменная могила – дно Сарматского моря)

Далее шла эволюция экосистемы: Меотическое море (солёное)- Понтическое (пресное) - Крагантское (соленое) - Черное море. А химический состав водоёмов определяют по моллюскам , которые здесь обитали. А моллюски тоже находят в окаменелостях. В своем исследовании мы придерживались взглядов официальной геологической науки.

Но на  окаменелости существует и другой взгляд, взгляд  так называемых  учёных - креацианистов. Согласно  теории креацианизма, на Земле  произошла мгновенная катастрофа,  и все живое сразу оказалось под водой и было погребено очень быстро осадочными слоями и только поэтому деревья не сгнили, а превратились в окаменелости. Иногда находят окаменелые деревья высотой 18м, которые пересекают   десять каменноугольных пластов , а согласно эволюционной   теории каждый каменноугольный пласт образовывался в течении миллионов лет. И это не стыкуется с теорией  эволюции. Креационисты утверждают,  что гибель  всего живого могла произойти  во время Всемирного Потопа.  Ученые между собой спорят.   Истины пока не видно.

Вывод: конечно мы провели  простейшие исследования , и по этим данным нельзя полностью реконструировать климат и другие палеогеографические условия. Очень мало фактического материала, нужно оперировать не отдельно взятыми формами, а целыми растительными сообществами, исследовать и растения, и споры, и пыльцу , и  окаменелых животных. Тогда картина будет более полная   -  даже на уровне школы. Но небольшой вклад в реконструкцию палеогеографического прошлого своего края  мы внесли. Мы сделали вывод, что в период петрификации дерева климатическая зональность была выражена слабо. Климат Запорожской области напоминал климат саванн, в термическом отношении дифференциации почти не было, различия были только по степени распределения влажности. Радиологическое  излучение было невысоким. Наш край в палеоген- неогеновое время был покрыт водоёмами в одном из которых петрифицировалось  найденное нами дерево.

Схема тектонического районирования территории Украины.

Рисунок 4 (Тектоническая карта Украины)

1 – Украинский щит; 2 – склоны Украинского щита и Воронежского массива; 3 – обрамление щита: Волыно-Подольская и Скифская плиты, Днепровско-Донецкая впадина и Припятский прогиб; 4 – юго-восточная окраина Западно-Европейской платформы; 5 – Причерноморская впадина; 6 – Донецкая складчатая область; 7 – складчатые системы Карпат, Добруджи и Крыма; 8 – Прикарпатский и Преддобруджинский прогибы.

Геологическая карта Украины

Рисунок 5 (Геологическая карта Украины)

Окаменелое дерево. Окаменелости.

Рисунок 6 (Окаменелое дерево)

Рисунок 7 (Окаменелое дерево)