Химическая география чудес. Интегрированные задачи

Окончание. См. № 23/2009  

14. Почему каньон в Британской Колумбии называется Мраморным?

Национальный парк «Кутеней» находится на юго-востоке пров. Британская Колумбия, недалеко от границ с пров. Альберта и с США. Одна из достопримечательностей — небольшой Мраморный каньон, по которому протекает речка Токумм-Крик (не путать с Мраморным каньоном в долине Колорадо на севере Аризоны).

Мраморный каньон в нацпарке Канады «Кутеней» — ущелье глубиной 60 м. Стены каньона «облицованы» мрамором.

Задание.Установите молекулярную формулу мрамора, если массовые доли элементов в нем составляют: 40% (Са), 12% (С), 48% (O).

Ответ:СаCO₃. Всё, оказывается, так просто! Мрамор — метаморфическая горная порода. Его плотность, цвет и узор определяются условиями метаморфизации и примесями. Однако основа его химического состава — всего-навсего кальцит (карбонат кальция).

15. Почему цветы в Мамонтовой пещере белые?

Мамонтова пещера под западными предгорьями Аппалачей, на северо-западе шт. Кентукки (США; близ границы с Индианой), считается самой протяженной в мире (по суммарной длине ходов — ок. 600 км)карстовой пещерой мира. Посетителей поражают изящные белые образования из гипса, похожие на цветы.

Въездной знак в нацпарк «Мамонтова пещера» и памятная доска, отмечающая принадлежность пещеры к объектам всемирного наследия

Сульфат кальция (гипс) лучше растворим, чем карбонат кальция (кальцит), и может просачиваться по малым трещинам даже с небольшим количеством воды, попадающей в пещеру сквозь перекрывающую ее «крышу» из песчаника. Из небольших гипсовых «протечек» на потолке, стенах и полу пещеры вода понемногу оттягивается по капиллярам в более сухие проходы, и гипс выпадает в виде лепестковых и нитевидных кристаллов, подобных цветкам. Они, кажется, медленно сочатся из стен пещеры и вьются как крем из кулинарного шприца, используемого кондитером для украшения торта.

«Цветы» в Мамонтовой пещере — результат дегидратации гипсового раствора

Задание.Установите молекулярную формулу гипса, если массовые доли элементов в нем составляют: 23,3% (Са), 18,6% (S), 55,8% (O), 2,3% (H).

Ответ: СаSO₄• 2H₂O.

16. Почему песчаные дюны пустыни Симпсона имеют необычный темно-красный цвет?

Пустыня Симпсона расположена в самом сердце Австралийского континента, к северу от озера Эри (юго-восточный угол Северной территории плюс части территории Квинсленда и Южной Австралии). Пески здесь имеют необычный темно-красный цвет благодаря содержащемуся в песчинках оксиду железа.

Пустыня Симпсона на карте Австралии

Задание.Какой оксид железа присутствует в симпсоновских песках, если массовые доли элементов в нем составляют: 70% (Fe), 30% (O)?

Самую большую дюну пустыни Симпсона, носящую аборигенное название Наппанерика (так же именуется и близлежащее соленое озерцо), исследователь пустыни Денис Бартел выразительно и в прямом смысле колоритно назвал Биг-Ред (Большая красная).

Первый человек белой расы пересек эти пески лишь в 1936 г.,когда уже практически весь мир, вплоть до полюсов, был открыт и исхожен! В настоящее время некогда труднодостижимая пустыня Симпсона стала объектом туристического джипинга.

Творческое задание.Подготовьте сообщение об истории исследования территории Австралии. Постарайтесь при этом осветить вопрос, почему некоторые территории этого, самого маленького, континента оказались среди последних в очереди мировых географических открытий.

Ответ: Fe₂O₃.

17. Почему скалы Долины монументов имеют красноватый цвет?

На бесплодных землях Аризоны — останцы из красного песчаника. Словно скопление полуразрушенных крепостей, башен, обелисков. Это «Долина монументов» (Долина памятников), национальный парк, находящийся на территории резервации индейцев навахо.

Задание. Красновато-коричневый цвет скал Долины монументов — следствие высокого содержания в песчанике оксидов химического элемента с порядковым номером 26. Что это за элемент, какие оксиды он образует и что вы о них уже знаете, в частности из предыдущих задач?

Долина монументов на северо-востоке Аризоны и юго-востоке Юты, недалеко от стыка с территориями штатов Колорадо и Нью-Мексико.

Творческое задание. Какие существуют виды железной руды, используемой в черной металлургии для выплавки чугуна и стали? Чем они различаются по химическому составу, происхождению, содержанию в них железа? Где и какую железную руду добывают в России? Подготовьте соответствующее сообщение.

Ответ:железо. FeО, Fe₂О₃, Fe₃О₄. Задачи 7, 8, 9, 16. Магнетит, гематит, гётит, гидрогётит, сидерит.

18. Почему аризонский лес называется Хрустальным?

На северо-востоке штата Аризона в Пейнтед-Дезерт (Окрашенная, или Пестрая, пустыня*) находится национальный парк «Окаменелый лес». Окаменелые деревья приобрели разные оттенки из-за того, что в процессе кристаллизации образовывались разные минералы (среди них и полудрагоценные камни): аметист, агат, яшма, оникс, горный хрусталь.

Въездной знак в нацпарк «Окаменелый лес». Штат Аризона, США

В парке есть несколько мест скопления каменных деревьев, названных по преобладающим минералам или их цвету: Хрустальный лес, Яшмовый лес, Радужный лес, Черный лес и др.  

* Painted Desert названа так из-за ее многокрасочности. «На фоне желтых дюн базальтовые, словно оплавленные, глыбы черных скал на белой подушке чередуются с белоснежными соляными холмами. Дальше идут волны бежево-оранжевых, красно-коричневых и сине-голубых каменных холмов с широкими, плавно переходящими друг в друга слоями. А по дну течет сиреневая речка» — так описывает эти места Э. Мандалян в журнале «Русский Базар».

Задание.Установите молекулярную формулу горного хрусталя, если массовые доли элементов в нем составляют: 46% (Si), 53% (O).

Творческое задание. Подготовьте обзор по теме «Полудрагоценные и поделочные камни и места их добычи в России».

Ответ: SiO₂.

Окаменелые деревья встречаются во многих других районах мира. Например, в Монголии в пустыне Гоби (там же, кстати, находят и окаменелые динозаврьи яйца); в Таиланде (окаменелое дерево выставлено там для туристов в Патайе — Парке древних камней — как своего рода памятник); в Новой Зеландии на самом юге острова Южный (залив Курьо). Многочисленны находки окаменелой древесины и в России.

19. Кто построил Мост-радугу?

Природный памятник «Мост-радуга» на юге штата Юта, США. Космический снимок

Мост-радуга — из розового песчаника. Под ясным голубым небом розовый камень выглядит темно-лиловым, в лучах предзакатного солнца — красновато-коричневым. В год Мост-радугу (400 км от Солт-Лейк-Сити) посещают ок. 300 тыс. туристов.

 Так образовалась природная арка. Вначале река, натолкнувшись на выступ более твердой породы, обтекала его, образуя крутую излучину. При этом водный поток, делая резкий поворот, с особенной силой ударял именно в нижнюю часть основания выступа. И понемногу подтачивал его, всё углубляя и углубляя нишу, пока не прорвал перемычку насквозь. Если бы порода была более рыхлой, выступ бы полностью рухнул. Но свод устоял, а река, прорвавшись напрямую, перестала усиленно терзать уцелевшую арку.
В Юте она не одна такая. В окрестностях Моста-радуги насчитывается еще несколько десятков природных арочных «мостов».

Мост-радуга — 80-метровая каменная арка, нависшая над каньоном небольшой, практически пересохшей речки у подножия горы Навахо на юге шт. Юта.

Задание. Попробуйте предложить версии происхождения Моста?

Ответ. Мост образован древним потоком, некогда впадавшим в реку Колорадо. Поток с разной силой размывал осадочные породы разной плотности. Более рыхлый песчаник был вынесен водой, а более плотная, сцементированная природным цементом песчаниковая дуга оказалась способной противостоять размыву.

20. Новозеландский Роторуа называют городом некого химического элемента. Какого?

Город Роторуа (230 км к юго-востоку от Окленда) на острове Северный в Новой Зеландии называют ...ым городом, так как в воздухе постоянно чувствуется характерный запах протухших яиц. Говорят, впрочем, что многочисленные туристы, едущие сюда, в частности, и за лечебными процедурами в бассейнах с веществом, дающим этот запах, скоро к аромату привыкают. Роторуа — курортный и туристический центр мировой известности. В качестве такового он был заложен и развивается (ныне — 55 тыс. жителей). Полное название города на языке аборигенов маори — Те-Роторуа-нуи-а-Кауматамомои.

Окрестности Роторуа. Работает грязевой вулкан

Вид на город Роторуа

Вид на гейзер Похуту в окрестностях Роторуа

Задание. Что за соединение дает описанный выше запах?

Поисковое задание. Это соединение — сильный восстановитель. На воздухе оно горит синим пламенем, образуя воду и оксид элемента, название которого входит в прозвище города. Так каково оно?

При недостатке кислорода из того же соединения образуется вода и сам элемент в чистом виде. На этой реакции основан промышленный способ его получения.

Запишите соответствующие реакции.

Ответ: сероводород (сульфид водорода) — H₂S.

Сера. Серный город — именно так называют Роторуа. 2 H₂S + 3О₂ = 2Н₂О + 2SO₂ (на воздухе);

2H₂S + O₂ = 2S + 2H₂O (при дефиците кислорода). Присутствие серы обычно для районов вулканической и геотермальной деятельности.

21. Могла ли химия помочь образованию Вердонского ущелья?

Вердон — река на юго-востоке Франции в районе Прованс-Альпы-Лазурный берег. Она берет начало в Приморских Альпах и впадает в Дюранс — левый приток Роны (устье Дюранс — близ Авиньона). На своем пути от склонов Альп к Дюранс Вердон, на территории департамента Альпы Верхнего Прованса, река Вердон прорезает известковый массив и на 20-километровом участке образует узкое ущелье. Вердонское ущелье — самое глубокое (до 700 м) ущелье Франции и, по некоторым данным, всей Европы.

Река «пропиливала» известняки по мере их медленного поднятия в ходе горообразования (успевала протачивать горные породы быстрее, чем горы росли). Так обычно и образуются речные долины, прорезающие горы.

Между тем некоторые исследователи высказывают предположения о необычном образовании ущелья. Они обращают внимание на то, что в окружающих известковых горах много пещер, возникших не столько в ходе механической работы текущей воды, сколько в результате химического растворения известняка водой. А коли так, рассуждают они, ущелье-рекордсмен могло возникнуть из системы подземных пещер, у которых обрушился свод.

Вердонское ущелье — совсем недалеко от насыщенного отдыхающими Лазурного берега (60 км от города Канны). Поэтому сюда приезжает множество туристов, которые хотят разнообразить приморский пляжный отдых. Скалолазанием, рафтингом или, например, джампингом.

Задание. Никаких вразумительных подтверждений описанной выше гипотезы происхождения Вердонского ущелья не найдено. Однако же о каком химическом воздействии воды на известняк шла речь? Что происходит, когда холодная дождевая или речная вода, насыщенная углекислым газом, проникает под землю и попадает на известняки? Составьте уравнение химической реакции.

Творческое задание. Составьте сообщение о пещерах России, делая упор на их географию (распространение) и химический состав пород, в которых они образовались.

Ответ: СаСО₃ + CO₂+ H₂O→ Са (HСО₃)_2. 

Литература

1. Вахрушев В.А. Архитектура и искусство глазами минералога. — Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1988. — 78 с.

2. Добровольский В.В. Химия земли. — М.: Просвещение,1980. — 176 с.

3. Малофеева Н.Н., Травина И.В., Широнина Е.В. Чудеса света. — М.: ЗАО Росмен-пресс, 2008. — 96 с.

4. Немец Ф. Ключ к определению минералов и пород. — М.: Недра, 1982. — 174 с.

5. Неорганическая химия. Энциклопедия для школьника / Под ред. И.П. Алимарина. — М.: Советская энциклопедия, 1975. — 384 с.

6. Непомнящий Н.Н. 100 великих загадок природы. — М.: Вече, 2006. — 480 с.

7. Химия. Большая детская энциклопедия. — М.: Русское энциклопедическое товарищество, 1999. — 639 с.

Использовались публикации в журнале «Химия в школе», газете «Химия» (ИД «Первое сентября»).