Лабораторная работа 1. Практикум по дисциплине Науки о Земле (основы геологии) для студентов направления 18. 03. 02 Энерго и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
 Скачать 80.02 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» Кафедра химической техники и инженерной экологии И.В. Сеселкин ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по дисциплине «Науки о Земле» (основы геологии) для студентов направления 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» г. Барнаул 2021 г. Сеселкин И.В. Лабораторный практикум по дисциплине «Науки о Земле» (основы геологии) для студентов направления 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» /Алт.гос.техн.ун-т им.И.И. Ползунова. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2021. – с. Материалы лабораторного практикума рассмотрены и одобрены на заседании кафедры ХТ и ИЭ. Протокол № 2021 г. Содержание Введение……………………………………………………………………...4 Лабораторная работа 1…………………………………………………….. 5 Лабораторная работа 2…………………………………………………….. 8 Литература…………………………………………………………………..12 Введение Образовательным стандартом учебной дисциплины «Науки о Земле» предполагается выполнение лабораторных работ, практическое освоение которых адекватно общему уровню теоретической и практической подготовки студентов и позволяет получить целостное представление об учебной дисциплине. Цель лабораторных занятий: - освоение изучаемой учебной дисциплины «Науки о Земле»; - приобретение навыков практического применения знаний учебной дисциплины «Науки о земле» с использованием технических средств обучения. Форма проведения лабораторных занятий – компьютерная, с использованием ресурсов Интернета. Лабораторная работа 1 Классификация минералов Цель работы: ознакомиться с минералами, относящимися к различным классам, приобрести навык по определению физических свойств минералов. Оборудование: коллекция образцов минералов, персональный компьютер с выходом в Интернет. 1 Теоретическая часть Минералы - это природные химические соединения, приблизительно однородные по химическому составу и физическим свойствам, образующиеся в результате физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности. К физическим свойствам минералов относят морфологические (внешняя форма), оптические (цвет, прозрачность, блеск и др.) и механические (твердость, спайность, излом, прочность и др.) свойства. Многие минералы достаточно надежно могут быть определены на основании изучения только их физических свойств, при этом не нужно использовать физико-химические методы исследований. Цвет минералов зависит от химического состава и может изменяться при наличии примесей. Для некоторых минералов (малахита, азурита) цвет строго постоянен. Окраска минералов зависит от химического состава, структуры и механических примесей. Характер окраски минерала обусловлен главным образом примесью красителей – хромофор: например, присутствие железа вызывает красную, желто-бурую окраску; титана – синюю, красную и черно-зелёную; хрома – красную, фиолетовую, желтую. Очень часто более важным отличительным признаком минерала, чем цвет самого минерала, является цвет его черты. Цвет черты проявляется при проведении минералом по фарфоровой пластинке. Например, гематит и магнетит часто трудно отличить визуально, а по черте легко: гематит оставляет черту вишневого цвета, а магнетит – черного. Прозрачность минералов – способность минералов пропускать свет без изменения направления его распространения. По степени прозрачности минералы делятся на: – прозрачные – пропускают свет по всему объему (горный хрусталь, исландский шпат); – полупрозрачные – через них видны лишь очертания предметов (гипс); – просвечивающие – пропускают свет по тонкому краю или в тонких пластинах (опал); – непрозрачные – не пропускают свет даже в виде тонких пластин (халькопирит). Блеск минералов – способность минерала отражать свет. Различают металлический (свойственен самородным металлам и многим рудным минералам) и неметаллический блеск, который подразделяется на: – алмазный (характерен для алмаза, некоторых разновидностей сфалерита и серы); – стеклянный (напоминает блеск стекла); – жирный (поверхность минерала как будто покрыта пленкой жира; если минерал темноцветный или непрозрачный, такой блеск называют смолистым); – восковой (похож на жирный, но более слабый, тусклый, напоминающий блеск восковой свечи); – перламутровый (напоминает радужный блеск жемчуга или поверхности перламутровой раковины); – шелковистый (у минералов, имеющих волокнистое или игольчатое строение) и др. Матовый блеск практически означает отсутствие блеска. Под твердостью минералов понимается их способность сопротивляться внешним механическим воздействиям, в частности царапанью. Относительная твердость минералов определяется по 10-балльной шкале, предложенной Ф. Моосом (таблица 1). Таблица 1 Шкала Ф. Мооса
Твердость исследуемого минерала определяется путем установления, какой из эталонных минералов он царапает последним. Например, если исследуемый минерал царапается кальцитом, то его твердость заключается между 2 и 3. Спайность минералов – способность минералов раскалываться или расщепляться по определенным ровным плоскостям. Раскол происходит параллельно плоским сеткам пространственной решетки, между которыми действуют наиболее слабые силы связи. По легкости раскалывания и характеру образуемых поверхностей выделяется несколько видов спайности: – весьма совершенная – минерал без особых усилий раскалывается или расщепляется руками на тонкие пластины, плоскости спайности ровные, гладкие, часто зеркально-ровные (обычно проявляется только в одном направлении - слюда); – совершенная – минерал легко раскалывается слабым ударом молотка с образованием ровных блестящих плоскостей (кальцит); – средняя – минерал раскалывается при ударе на осколки, ограниченные примерно в одинаковой степени как относительно ровными плоскостями спайности, так и неправильными плоскостями излома (пироксены); – несовершенная – раскалывание минерала приводит к образованию обломков, большая часть которых ограничена неровными поверхностями излома (апатит); – весьма несовершенная – минерал раскалывается по случайным направлениям и всегда дает неровную поверхность излома (кварц). Излом – форма поверхности, которая образуется при раскалывании минералов. Эта характеристика важна при изучении минералов с несовершенной и весьма несовершенной спайностью. Различают несколько характерных видом излома: – ровный – такой излом дают минералы, обладающие совершенной спайностью в одном-двух направлениях (халькопирит); – неровный – поверхность скола не имеет характерных особенностей (апатит, нефелин); – раковистый – на таком изломе возникает характерная вогнутая или выпуклая концентрически-ребристая поверхность, напоминающая по форме раковину (кварц, опал); – занозистый (щепковидный, игольчатый) – поверхность излома покрыта ориентированными в одном направлении занозами, такой излом дают минералы волокнистого и тонко-столбчатого строения (асбест); – землистый – поверхность матовая, шероховатая (каолинит); – зернистый – такой же, но для крупнозернистых минералов (магнезит); – крючковатый – поверхность излома покрыта неровностями, похожими на крючки (самородные металлы – медь, золото). Плотность минералов колеблется от 0,6 до 23 г/см3; для подавляющего большинства породообразующих минералов плотность не превышает 3,5 г/см3. По плотности минералы делятся на: - легкие (до 3 г/см3); - средние (3–4 г/см3); -тяжелые (свыше 4 г/см3). Классификация минералов. По химическому составу и внутреннему строению минералы подразделяются на 10 классов: силикаты, карбонаты, оксиды, гидроксиды, сульфиды, сульфаты, галоиды, фосфаты, вольфраматы и самородные элементы. 2 Порядок выполнения работы Ознакомиться с коллекцией минералов. Получить у преподавателя контрольный вариант набора минералов различного класса (таблица 2). Используя информацию сайта «Каталог минералов» (URL: http://www.catalogmineralov.ru/map.html) заполните таблицу 3. Таблица 2 Контрольные варианты набора минералов различного класса
Таблица 3 Описание свойств минералов
Сделайте вывод о том, что является диагностическими признаками минералов, на каком основании минералы делятся на классы. Оформите отчёт по лабораторной работе. Контрольные вопросы Дайте определение понятию «минерал». Назовите основные физические свойства минералов. Что такое шкала Мооса, что с её помощью определяют? На какие классы делятся минералы? По образцам коллекции определите минерал и его класс. Лабораторная работа 2 Классификация горных пород Цель работы: ознакомиться с минералами, относящимися к различным классам, приобрести навык по определению физических свойств минералов. Оборудование: коллекция образцов горных пород, персональный компьютер с выходом в Интернет. 1 Теоретическая часть Горными породами называются природные агрегаты минералов более или менее постоянно состава, образовавшиеся в результате геологических процессов и слагающие земную кору. Горные породы представляют собой закономерные ассоциации минералов, а не случайные их скопления. Современная классификация горных пород основана на их химическом и минеральном составе, а также на условиях образования. Принято выделять три основных типа горных пород: магматические или изверженные, осадочные и метаморфические (рисунок 1). Магматические породы образовались в результате остывания магмы – силикатного расплава, содержащего различные газы и водяной пар. В недрах земной коры магма имеет температуру 1000 – 1300 ºС. По трещинам-разломам магма выталкивается к земной поверхности давлением содержащихся в ней газов и вмещающих пород. Она движется по системе каналов, состоящей из вертикальных и горизонтальных трещин и узлов их пересечения. Но на большой глубине давление препятствует раскрытию трещин, поэтому большая часть магмы не может пробиться наверх и застывает почти на той же глубине, где и образовалась. При излиянии на поверхность магма теряет летучие вещества и в таком виде называется лавой. Осадочные породы образуются на земной поверхности в условиях относительно низких температур и давлений, в результате разрушения других пород, жизнедеятельности организмов и выделения из водной или воздушной среды.  Рисунок 1. Деление горных пород по происхождению Метаморфические породы образуются на значительной глубине в толще земной коры в результате глубокого преобразования магматических и осадочных пород. Магматические и метаморфические горные породы составляют около 90% объёма земной коры. Несмотря на то, что на долю осадочных горных пород приходится 10% объема земной коры, они занимают 75% площади земной поверхности, так как слагают верхнюю часть земной коры. Горные породы всех трёх групп различаются по совокупности их свойств: минеральному составу, цвету, структуре и текстуре. Каждая горная порода характеризуется определённым минеральным составом. Горная порода может состоять из одного минерала (каменная соль, известняк) или нескольких минералов (гранит, песчаник). В горной породе различают главные породообразующие минералы и второстепенные (акцессорные), слагающие менее 5 % её объёма. Цвет породы зависит от её минерального состава, т.е. от цвета входящих в породу минералов и рассеянных в неё примесей. Под структурой понимают особенность внутреннего строения горной породы, обусловленную степенью кристаллизации её вещества, размерами, формой и взаимным расположением минеральных зерен (например: зернистая, обломочная, оолитовая). Текстура (сложение) породы – это совокупность признаков её внешнего строения, определяемая характером размещения минеральных зерен, их ориентировкой и окраской (например: слоистая, массивная, полосчатая). Магматические горные породы по условиям образования подразделяются на два типа: интрузивные - застывшие в толще земной коры среди других горных пород и эффузивные - застывшие на земной поверхности в результате излияния магмы при вулканических извержениях. Эти породы различаются структурой и текстурой. Интрузивные породы застывают на больших глубинах в условиях высоких температур и давлений, поэтому обладают полнокристаллической и крупнозернистой структурой. По относительному размеру минеральных зерен интрузивные породы имеют равномерно-зернистые структуры. Эффузивные горные породы вследствие быстрого остывания в поверхностных условиях не успевают полностью кристаллизоваться и поэтому имеют неполнокристаллические и стекловатые структуры, а по абсолютному и относительному размеру минеральных зерён - тонкозернистые и мелкозернистые структуры. У магматических горных пород различат следующие текстуры: массивную, пятнистую, пузырчатую, миндалекаменную, флюидальную, полосчатую и др. Массивная текстура характерна для однородных пород – ею обладают равномернозернистые интрузивные породы, а также бесструктурные вулканические стёкла. Пятнистую текстуру имеют породы с неправильным чередованием светлых и тёмных минералов, пузырчатую – породы с наличием пустот, которые образуются пузырьками газов. Если пустоты заполнены вторичными минералами (например, такими как опал, халцедон, кальцит), то текстура породы называется миндалекаменной. Пузырчатую и миндалекаменную текстуру имеют вулканические (эффузивные) породы. Иногда в породах, образовавшихся путём застывания излившейся магмы, видны следы течения в виде неровных полосок застывшего стекла – текстуру таких пород называют флюидальной. Полосчатая текстура часто наблюдается в рудах и характеризуется чередованием относительно тонких полос, различающихся по минеральному составу, цвету, крупности. Магматические породы классифицируются по минеральному и химическому составу. В основу этой классификации положено процентное содержание в породе окиси кремния. По содержанию SiO2 изверженные породы делятся на: - кислые (65 - 75%) - гранит, гранит-порфир, дацит и др.; - средние (52 - 65%) - сиениты, диориты, андезиты; - основные (40 - 52%) - габбро, диабазы, базальты; - ультраосновные (SiO2 < 40%) - дуниты, кимберлиты и др. Осадочные горные породы – породы, образованные на поверхности земной коры из продуктов разрушения ранее возникших горных пород, а также химических и органогенных осадков. Основные особенности: – слоистость – чередование слоев разного состава, сложения, окраски и мощности; – наличие органических остатков; – структуры определяются размерами и формой слагающих обломков (обломочные горные породы), органических остатков (органогенные горные породы), размерами кристаллов и степенью окристаллизованности (хемогенные горные породы); – текстуры слоистые, массивные, флюидальные. По происхождению осадочные горные породы делятся на обломочные, хемогенные (химические) и органогенные (органические). Обломочные породы образуются в результате механического разрушения первичных горных пород (магматических, метаморфических и осадочных). Продукты разрушения могут откладываться на месте или переносится текучей водой, ледниками и откладываться в другом месте. По величине обломков различают (размер указан в мм): - грубообломочные (более 200 - крупные, средние: 200 - 10, мелкие: 10 – 2); - песчаные (2 - 0,05); - алевритовые (0,05 - 0,005) - глинистые (менее 0,005). В минеральном составе обломочных пород преобладает кварц, в убывающем порядке содержатся полевые шпаты, слюды и цветные минералы. Химические породы образовались в результате испарения воды из природных растворов в недрах или на поверхности земли. Эти породы тесно связаны с органогенными, поскольку жизнь водоёмов определяется составом его вод. По химическому и минеральному составу породы делятся на следующие группы: - аллитовые (гидраты окиси алюминия) – латериты и бокситы; - кремнистые - трепелы и др.; - карбонатные – известняки, доломиты, известковые туфы; - сульфатные – гипс и ангидрит; - галогенные – каменная соль, сильвинит; - железистые – лимонит, сидерит, пирит и др.; - фосфоритовые – фосфориты. Выделяют также органогенные породы (каустобиолиты) – угли, ракушечник, диатомит и др. Осадочные и магматические породы, попадая в глубокие зоны земной коры, претерпевают изменения под влиянием высокой температуры, давления и поднимающихся из глубины горячих водных растворов и газов. Эти изменения заключаются в перекристаллизации вещества, замещении одних минералов другими, образовании новых структур и текстур. Процесс преобразования ранее существовавших осадочных и магматических горных пород в метаморфические называется метаморфизмом. Метаморфические породы обычно классифицируют по минеральному составу. Если в породе преобладает кварц, такую породу называют кварцитом; если больше содержится полевого шпата – гнейсом. Если кварца и полевого шпата в породе мало, а большая часть сложена цветными минералами – то такая порода называется сланцем. Породы, состоящие из одних карбонатных пород, называются мраморами. Метаморфические горные породы содержат много полезных ископаемых – железо, медь, вольфрам, олово и другие металлы, а также слюды, асбест, тальк; используются в качестве строительных и отделочных материалов. 2 Порядок выполнения работы Ознакомиться с коллекцией образцов горных пород. Получить у преподавателя контрольный вариант набора образцов горных пород (таблица 1). Рассмотрите представленные образцы горных пород. Определите их диагностические признаки, внесите их в таблицу 2. Для определения диагностических признаков используйте информацию интернет ресурсов. Таблица 1 Контрольные варианты набора горных пород различного происхождения
Таблица 2 Основные особенности горных пород
Сделайте выводы о том, какие особенности являются главными для классификации горных пород по происхождению. Оформите отчёт по лабораторной работе. Контрольные вопросы 1. Дайте определение понятия «горные породы». 2. Деление горных пород по происхождению. 3. Какие свойства горных пород вам известны? 4. Что понимают под структурой горной породы? 5. Что понимают под текстурой горной породы? 6. На какие группы делятся магматические породы по происхождению и содержанию кремнезема? Приведите примеры магматических горных пород. 7. На какие группы делятся осадочные породы по происхождению? Приведите примеры осадочных пород. 8. Особенности образования метаморфических горных пород. Приведите примеры метаморфических горных пород. Литература Сеселкин И.В. Науки о Земле (часть I) (учебное пособие), Барнаул, из-во АлтГТУ, 2013. – 208 с. (гриф АлтГТУ). Режим доступа: http://elib.altstu.ru/eum/download/htie/Seselkin__zemla.pdf. Сесёлкин И.В. Основы геологии и гидрогеологии. Конспект лекций /Алтайский государственных технический университет им. И.И. Ползунова – Барнаул. Издательство АлтГТУ, 2003 – 92 с. (50 экз.). Режим доступа: http://new.elib.altstu.ru/eum/download/htie/osnov-geo-gidrogeo.pdf. http://www.catalogmineralov.ru/map.htm http://www.geo.ru – электронный вариант журнала «Гео». http://www.vipstd.ru/gim/component/option,com_frontpage/Itemid,78/ - информационно-издательский центр по геологии и недропользованию Министерства природных ресурсов Российской Федерации/ Карлович И.А. Геология: Учебное пособие для вузов. – М.: Академический проект, 2004. – 704 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||