ФГОС: Путешествие вглубь Земли или И снова эти синквейны...

С течением времени у людей постоянно менялись представления обо всем, что их окружало. Без сомнения, место, где они жили - Земля - вызывало у них повышенный интерес. Люди пытались осмыслить и представить себе форму и внутреннее строение Земли, исходя из того, что они могли наблюдать вокруг себя. Одно из самых популярных сообщений в моём блоге посвящено именно этой теме: "Доказательства шарообразности Земли: с древних времён до современности". Использовала его и я на уроках в этом году с пятиклассниками.

И вот мы приступили к новой теме, которая вызывает огромный интерес у юных исследователей (да и просто у каждого человека, считающего себя интеллектуально развитым и являющегося таким на самом деле) - литосфера Земли. 
Представления о том, что же у Земли внутри, есть у всех нас. Но если посмотреть на этот вопрос с точки зрения времени, то получается, что представления зачастую были абсолютно необоснованны или же обуславливались конкретным местом обитания того или иного народа. В древности они все были в основном эмпирическими - предполагаемыми. Позднее, с накоплением знаний и развитием техники, пусть даже и примитивной, с развитием горного дела эти представления становились научно более обоснованными.

Материал этого сообщения будет не только интересен каждому жителю планеты Земля, но и может стать основой для собственного исследования как учителя, так и ученика. Думаю, Вы будете немного удивлены и заинтригованы))))) Естественно, что ВСЁ написанное пятиклассникам я не рассказываю, но если дети задают вопрос - я готова на него ответить!

Представления древних

По представлениям вавилонян, Земля является округлой горой, полой внутри и разделенной на четыре квадрата. Внутри находится ад, вход в который расположен на западе. Земля окружена Мировым океаном, заполняющим и ее внутреннюю полость. Сверху Землю покрывает, опираясь на море, как опрокинутая чаша, небесная твердь, которая на горизонте сливается с Мировым океаном. На востоке находится светлая гора, место восхода, на западе - темная гора, заход солнца. Эти представления, несомненно, связаны с географическим положением Вавилонии и с примитивными наблюдениями, которые могли вести ее жители. Действительно, путешествуя в южном, западном и северном направлениях от этой страны, можно было встретить море (Персидский залив, Средиземное, Черное и Каспийское моря) что, по-видимому, наводило на мысль об океане, омывающем Землю.

В Палестине - древнееврейском рабовладельческом государстве, возникшем в XI в. до н.э., считалось, что Земля представляет собой плоскую равнину, с отдельными возвышающимися на ней горами. Внизу расположено зловещее подземное царство, а между ним и поверхностью Земли находятся подземные воды, которые по каналам проникают на поверхность и питают море и реки.

В мифах древней Греции (XIII-XIIвв до н.э.) также встречаются представления о происхождении и строении Земли.

Под землей находится мрачное царство Аида - царство умерших. С поверхности Земли ведут в него бездонные пропасти. Еще ниже расположена ужасная бездна - Тартар, где живут побежденные боги.

У философов Анаксимандра, Анаксимена, позднее Демокрита создались более сложные представления о том, что когда Земля размокает после сильных дождей, а затем высыхает, на ее поверхности образуются трещины. Эти трещины сообщаются с пустотами, имеющимися внутри Земли, по которым циркулируют воздух, вода и пламя. Представления о подземных пустотах, несомненно, были связаны с широким развитием карста в Греции. В сочетании с наблюдениями землетрясений и извержений вулканов, характерных для побережья Средиземного моря, и оформились идеи о существовании каналов и пустот под поверхностью Земли, которые особенно ясно были выражены в трудах Аристотеля (384 г. до н.э.).

По его мнению, внутри шарообразной Земли находятся пустоты и поры, по ним циркулируют воздух и сухие испарения. Считалось, что огонь, движущийся по каналам, вырывается на поверхность при извержении вулканов, а вода и ветер вместе с огнем сотрясают поверхность Земли. Указывалась и другая причина землетрясений - обрушение кровли пустот. В зависимости от того, каким из природных явлений - карстовым провалам или действию пламени - придавалось большее значение, возникли впервые идеи о главенствующей роли воды или огня в изменении рельефа Земли. 

Средневековые представления

После падения Римской империи для Европы наступила тяжелая эпоха средневековья - эпоха господства богословия и схоластики. Все явления природы принято было объяснять лишь догматами священного писания. В качестве примера можно привести легенду о том, что Земля держится на трех китах. И вот тут, только едва начав развиваться, наука сделала огромный шаг назад. Учение о Земле вернулось к наиболее примитивным представлениям. Признавалось, что Земля со всем своим органическим миром существует неизменно в том виде, в каком была создана, и единственным крупным событием на ней был Всемирный потоп. Помимо этого никаких изменений в очертаниях суши и моря не было.

Идея центрального огня середины XVI-XVII вв

Накопление астрономических, географических и геологических знаний после эпохи Великих географических открытий определило дальнейшее развитие представлений о внутреннем строении Земли. Мистические взгляды становятся несовместимыми с данными науки. Представления о каналах и пустотах внутри Земли, определяющих ее строение, отходят на задний план: в дополнение к ним появляется идея о существовании внутри Земли центрального огня.

Известно огромное значение трудов немецкого ученого Георга Агриколы в области металлургии и горного дела. Эти труды являются обобщением многовекового опыта горняков Западной Европы. Из наблюдений горняков известно было о повышении температуры при опускании в глубокие шахты. Естественно, что Агрикола заинтересовался происхождением тепла, вызывающего этот нагрев, а также огня, наблюдавшегося при извержении вулканов. По его мнению, внутри Земли находятся каналы и пустоты, в этом Агрикола следовал Аристотелю. Но огонь в этих пустотах возникал, по его мнению, от столкновения сжатых веществ и вызывался огненным духом, который выделяется холодом, как молния тучей: при этом загораются сера, асфальт, уголь и т.п. Подземный огонь не принимает участия в горообразовании, даже наоборот, может только способствовать разрушению гор.
Мысль о центральном огне появляется и в трудах некоторых алхимиков той эпохи.

В середине XVIIв. развитие астрономии позволило приблизиться к представлениям о том, что Земля по своей природе не отличается от Солнца и была раньше также огненным шаром. Отсюда, по-видимому, возникло и представление о существовании в центре Земли остаточного подземного огня, который, однако, не оказывает никакого воздействия на ее поверхность.

Большое конкретное значение для геологии имели взгляды на происхождение и развитие Земли Р.Декарта и Г.Лейбница.

По мнению Декарта (его работа "Начала философии" написана в 1644г.), Солнце и звезды состоят из текучего вещества, соответствующего пламени. Земля также была сначала огненным телом, затем на ее поверхности при охлаждении скопились частицы плотной материи. Постепенно образовалось несколько оболочек. Внутри Земли находится огненное ядро, окруженное плотной внутренней оболочкой, затем оболочкой, в которой образуются металлы, и, наконец, поверхностной оболочкой, состоящей из камней, глины и песка и частично скрытой под водой. 
 Эти представления Декарта близки к современным воззрениям.

Большая роль подземному огню отводилась в работах Г. Лейбница, относящихся к концу 17 века.  Он также считал, что Земля была раньше огненным, расплавленным шаром. Затем на ее поверхности выделились шлаки, они образовали твердую кору, под которой находился огненный расплав. В работах Лейбница были заложены основы идей, развитых значительно позднее: об общем строении Земли, как огненного шара, прикрытого тонкой корой, и о происхождении осадочных и изверженных горных пород.

Пассивное огненное ядро Земли упоминается в работе датского ученого Николая Стенона, известного важными выводами о характере залегания слоев и горообразовании.
Современник Лейбница, немецкий ученый Кирхер считал, что внутри Земли имеется центральный огонь. Кроме того, внутри Земли, но ближе к ее поверхности, расположены каналы и пустоты, заполненные огнем, воздухом и водой. Центральный огонь вечный, а периферическое пламя в пустотах появляется лишь временами вследствие возгорания горючих веществ - серы, асфальта и других при действии на них воды.
Большое значение вулканическим извержениям придавал итальянский аббат Антонио Лаццаро Мора, наблюдавший вулканы на своей родине. Его труд был издан в1740г. По представлениям А.Мора центральная часть Земли огненно-жидкая. Огненно-жидкое ядро покрыто каменной оболочкой, за которой следует водная и воздушная сферы.
В середине 18 века известный математик А. Клера предположил, что Земля неоднородна, но состоит внутри из концентрических слоев различной плотности.

Возникновение идеи о твердом ядре

В 1749 году Ж.Л.Л.Бюффон в работе "Теория и история Земли" написал, что к современному состоянию Земля пришла в процессе образования из раскаленного вещества, что Земля остыла полностью от расплавленно-жидкого до твердого состояния. После того как Земля остыла, пары, окружавшие ее, сгустились, и вода покрыла всю поверхность Земли. Внутри Земли образовалось стекловатое вещество, подобное шлаку, которое составило ее ядро. Выше располагалась оболочка из песка, представляющего собой стеклянные крошки. Получается, Бюффон не признавал существования в настоящее время огненного ядра внутри Земли, а, наоборот, видел внутренность ее уже застывшей, стекловатой, он считал, что Земля образовалась из огненного расплава и затем остывала с поверхности до центра. Под влиянием силы тяготения вещество Земли все больше уплотнялось, поэтому в начале своего образования Земля была менее плотной, чем сейчас.

Большим событием в истории науки было появление в середине XVIIIв. работ М.В.Ломоносова "О слоях земных" и "Слово о рождении металлов от трясения Земли". По его мнению, во время землетрясений поверхность Земли может двигаться двояким образом: или весь участок поверхности сотрясается одинаково, или сотрясение наблюдается только по краям, середина же участка остается спокойной. В первом случае свод на данном участке одинаковой толщины. Во втором случае толщина свода в середине значительно больше, поэтому подземный жар не может его приподнять, и колебания ощущаются лишь там, где слой тоньше. Толщину свода Ломоносов считал пропорциональной пролету свода, висящего над подземным очагом горения. В качестве примера Ломоносов указал на то, что при пролете свода - поднятия в 3000 верст и толщине его лишь в 0,01пролета толщина составит 30 верст; для поднятая азиатского материка, при его поперечнике 7000 верст, при том же допущении - 70 верст. Эти величины удивительным образом оказались близкими к современным представлениям о толщине земной коры. Напомню, что Ломоносов считал историю Земли очень длинной, равной многим сотням тысяч, а возможно, и миллионам лет. В воззрениях Ломоносова лишь смутно угадывается предвидение будущих научных идей. Но именно в этом предвидении состоит гений М.В.Ломоносова, позволивший ему подняться выше современной ему науки и дать направление для дальнейшего развития научной мысли.

XIX век

В течение XIXв. господствующей идеей в представлениях о внутреннем строении Земли была идея о том, что весь земной шар наполнен бушующим морем огня, которое прикрывает лишь тонкая земная кора.

В ясной форме представление о раскаленно-жидком состоянии внутренности Земли, а также гипотеза поднятия была выражена в трудах крупнейшего геолога и путешественника Александра Гумбольдта. Во многих работах А.Гумбольдта подчеркивается, что вулканизм - это проявление дикой силы, заключенной в глубинах нашей планеты, воздействие внутренней огненно-жидкой внутренности Земли на охлажденную и затвердевшую земную кору, связь внутренних и внешних частей планеты. В ранней стадии существования планеты, как утверждал Гумбольдт, земная кора была тоньше. Ее прорывали более мощные, чем теперь, вулканические силы, и расплавленное вещество выливалось через трещины на поверхность. Это были эпохи великих переворотов, когда вдоль трещин коры вследствие воздействия расплавленной массы поднимались материки, горные цепи и отдельные горы, такие, как Гималаи, Анды, Кавказ, Гиндукуш, Персидское плоскогорье, плато Центральной Азии и др. В настоящее время земная кора вследствие охлаждения стала толще и действие вулканов значительно слабее. Вулканические силы сотрясают Землю по определенным направлениям или кругам одновременных колебаний, которые в течение многих веков остаются неизменными.
Работы  А.Гумбольдта в области разработки гипотезы поднятия считаются классическими.

Представления о тонкой земной оболочке и снизу вверх направленных силах имели много последователей.

В работе профессора минералогии Горного корпуса и Петербургского университета Д.И.Соколова несколько разделов посвящено происхождению и внутреннему строению Земли. В соответствие с известными в то время фактами, Соколов указывает, что Земля имеет форму шара, несколько сжатого у полюсов. Средний радиус Земли он полагает равным 6006 верстам, среднюю ее плотность около 5, а плотность земного черепа (т.е. - коры) - 2,5, соответственно удельному весу слагающих его минералов. Плотность Земли увеличивается к центру. Первоначальное состояние Земли соответственно математическим вычислениям (Соколов ссылается на работы французского астронома и физика Д.С.Араго), несомненно, было жидким. Соколов заключает, что Земля наша представляет шарообразное тело, состоящее из твердой скорлупы и огненно-жидкого ядра и внутренность земного шара представляет, по этим соображениям, как бы горн плавильной печи, в котором нижнюю часть занимают всегда металлы, а верхнюю шлаки.

А вот и всё... вот и закончились разные предположения... в дальнейшем все теории и исследования только дополняют и конкретизируют вышесказанное!

Что же написано в нашем учебнике по географии?

Но как же не хватает доказательств всего этого, правда? А потому снова ненадолго обратимся к истории, пусть и не такой далёкой, но собственной...

ХХ век

За все время своего существования люди толком не смогли исследовать даже земную кору, а уж о том, что бы "пощупать" мантию или ядро, так об этом на протяжении долгих лет никто из ученых даже мечтать не смел. Однако в середине ХХ века необходимое для подобных исследований оборудование наконец-то было разработано, и мечта начала превращаться в реальность...
Проекты путешествия в глубь Земли появились в начале 60-х годов прошлого века сразу в нескольких странах. Бурить скважины старались в тех местах, где земная кора должна была быть потоньше, поскольку целью подобного бурения было достижение мантии, которую-то, собственно, и собирались детально исследовать.
Например, американцы бурили в районе острова Мауи, на Гавайях, где, по данным сейсмических исследований, древние породы выходят под океанское дно и мантия находится примерно на глубине пяти километров (под четырехкилометровой толщей воды). Тем не менее ни одна океанская буровая глубже 3 километров не смогла пробиться.
Вообще, почти все проекты сверхглубоких скважин мистическим образом заканчивались на трехкилометровой глубине. Именно в этот момент с бурами начинало происходить что-то странное: то они попадали в неожиданные области с высокой температурой, то их как-будто откусывал какой-то таинственный подземный демон. Так что, в большинстве случаев не удавалось даже изучить состав глубинных слоев земной коры, не говоря уж о мантии, изучение которой, собственно говоря, и представляло настоящую цель подобных исследований.

А что же мы, русские, неужели остались в стороне?  Конечно же, нет!

Кольская сверхглубокая скважина была заложена в честь 100-летия со дня рождения Ленина, в 1970 году. Толщи осадочных пород к тому времени были хорошо изучены при добыче нефти. Интереснее было бурить там, где вулканические породы возрастом около 3 млрд лет (мы же помним, что возраст Земли оценивается в 4,5 млрд лет) выходят на поверхность. Для добычи полезных ископаемых такие породы редко бурят глубже 1-2 км. Предполагалось, что уже на глубине 5 км гранитный слой сменится базальтовым...

К слову: в XIII веке китайцам удавалось прорыть скважины глубиной 1200 метров. В 1930 году в Европе смогли превзойти этот рекорд, пробурив земную поверхность на глубину 3 км. В конце 50-х глубина пробуренных скважин увеличилась до 7 км.

После того, как геологическая экспедиция указала место для скважины, 24 мая 1970 года началось бурение. До глубины в 7 000 метров бурение проходило относительно спокойно, бур проходил через однородные прочные граниты. После этой глубины буровая головка вошла в менее прочные слоистые породы. При прохождении через них ствол скважины стал осыпаться.
В результате буровую колонну заклинивало породой и головка обрывалась при попытке подъёма. Потерянная часть буровой колонны цементировалась, бурение продолжалось с отклонением бурового инструмента. Такие аварии случались неоднократно, поэтому бурение продолжалось в течение нескольких лет.
6 июня 1979 года скважина побила рекорд в 9583 метра, ранее принадлежавший нефтяной скважине Берта Роджерс (Оклахома). В лучшие годы на Кольской сверхглубокой скважине работало 16 исследовательских лабораторий, их курировал лично министр геологии СССР.
В 1983 году пробурили 12 066 метров и временно остановились - готовились к Международному геологическому конгрессу, который должен был проходить в 1984 году в Москве. 27 сентября 1984 года бурение было продолжено. При первом же спуске произошла авария - оборвалась буровая колонна. Бурение возобновили с глубины 7000 м - и к 1990 году новое ответвление достигло глубины 12 262 метров. Колонна снова оборвалась, и бурение было завершено.
Распался СССР, в стране появились новые важные вопросы, которые нужно было решать. С тех пор скважина законсервирована.

Так что же там, внутри? На пятикилометровой глубине окружающая температура превысила 70 °C, на семи - 120 °C, а на глубине 12 километров датчики зафиксировали 220 °C.

Кольская сверхглубокая послужила источником городской легенды о "колодце в ад". Эта городская легенда ходит по Интернету по крайней мере с 1997 года. По этой легенде в самой толще земли, на глубине 12 тысяч метров, микрофоны ученых записали крики и стоны. В бульварных газетах пишут, что это "глас из преисподней". Кольскую сверхглубокую скважину стали называть "дорогой в ад". Итак, вымыслы и домыслы:

 - каждый новый пробуренный километр принес несчастья стране. Когда бурильщики вели проходку тринадцатой тысячи метров, распался СССР. Когда скважину пробурили до глубины 14,5 км, вдруг наткнулись на пустоты. Заинтригованные этим неожиданным открытием, буровики спустили туда микрофон, способный работать при чрезвычайно высоких температурах, и другие датчики. Температура внутри достигала 1100 °C - был жар огненных палат, в которых, якобы, можно было услышать человеческие крики. 

Но в действительности эта легенда является вымыслом, хотя бы потому, что акустические методы исследования скважин записывают не собственно звук и не на микрофон. В действительности глубина, на которой остановилось бурение, составила 12 262 метра с зафиксированной температурой в районе 220 °C, что не соответствует основным "фактам" легенды. Сомнение должно вызывать и наличие акустических микрофонов, работающих при температурах выше 1000 °C. Невежеством порождены и многие другие легенды вокруг Кольской сверхглубокой скважины.

Она была самой длинной скважиной в мире до 2008 года, когда её обошла пробуренная под острым углом к поверхности земли нефтяная скважина Maersk Oil BD-04A, длина которой 12 290 метров (находится в нефтяном бассейне Аль-Шахин, Катар). В январе 2011 этот рекорд был побит нефтяной скважиной месторождения Одопту-море проекта Сахалин-1, также пробуренной под острым углом к поверхности земли, длиной 12 345 метров, а в июне 2013 года - скважиной Z-42 Чайвинского месторождения, длиной 12 700 метров.

Но что читать... готовя данное сообщение, нашла потрясающий документальный фильм с рассказами очевидцев - что и как было. Посмотрите, не пожалеете, он идёт всего 25 минут. Грандиозно!!! Как же я горжусь, что живу в России!!! И сожалею, что такой значимый проект так завершился...

Кольская сверхглубокая. Дорога в ад! Специальный репортаж:


Знаю, что фильм сложен моим пятиклассникам, но восьмиклассникам покажу обязательно!


На прошлой неделе на уроках географии мы проходили с пятиклассниками тему "Литосфера". Для закрепления нового материала я использовала не только ответы на вопросы, но и раздала каждому лист с заданиями. У ребят было 6 вариантов работы. Каждое посвящено одному объекту: литосфере, литосферным плитам, ядру, мантии, магме и земной коре.
1. Написать, что это такое.
2. Нарисовать.
3. Составить синквейн к главному слову задания.

Напомнить правила составления синквейна помог блог...

Вот какие работы я получила:

Правда, это далеко не все работы ребят - всего их было около 150... Отмечу, что не все ребята справились с заданием - не хватило времени. Но возможность доделать работу я им обязательно предоставлю.
Хочу поделиться с Вами несколькими синквейнами, составленными пятиклассниками прямо на уроке. И пусть им иногда не хватало слов для выражения идей... Мы их придумывали на ходу)))))

Ядро

Горячее, Титано-никелевое,

Плавится, Притягивает, 

Состоят из двух частей,

Центр Земли.

Мантия

Расплавленная, разная,

Бурлит, давит, стремится,

Находится между ядром и земной корой,

Оболочка Земли.

Магма

Горячая, жидкая,

Течёт, горит, остывает,

Бывает густой и очень разной,

Опасность.

Магма

Застывающая, горячая (и раскалённая тоже),

Застывает, преобразует, давит,

Восстанавливает твёрдую оболочку Земли,

Вещество мантии

Литосфера

Устойчивая, Твёрдая,

Движется, соединяет, распадается,

Без неё бы материки плавали в мантии, как им хочется,

Материкокрепитель

Литосфера

Верхняя, твёрдая,

Спасает, держит, разрушается,

На ней мы рождаемся и живём,

Оболочка Земли.

Литосфера

Земная, твёрдая,

Разбивается, перемещается, отвердевает,

Литосфера разбита на крупные блоки,

Оболочка.

Литосферная плита

Устойчивая, малоподвижная,

Лежит, плавает, сталкивается,

Без неё материки бы не существовали,

Блок Земли.

Литосферная плита

Жёсткая, устойчивая,

Разрушается, передвигается, сталкивается,

За миллиона лет передвигается на тысячи километров,

Часть литосферы.

Земная кора

Материковая, океаническая,

Сотрясается, крошится, вулканизирует,

Даёт твёрдость планете,

Сверху всего.

А вообще, как же интересно, что у Земли внутри!!! Двести лет назад человечество и не помышляло о том, что можно будет выходить в открытый космос, может, через 200... 100... 50... лет наши потомки смогут совершать путешествия сквозь Землю..?

А Вы знаете, что у Земли внутри? 

Источники информации:

-- Мазарович А.А. МГУ. История развития представлений о строении Земли (http://mognovse.ru/ufx-istoriya-razvitiya-predstavlenij-o-stroenii-zemli.html),

-- http://pandoraopen.ru/2010-04-30/kolskaya-sverxglubokaya-skvazhina/,

-- http://www.popmech.ru/science/8792-na-poroge-preispodney-kolskaya-sverkhglubokaya-skvazhina/#full,

-- http://mob.rgo-sib.ru/science/138.htm,

-- материалы Википедии.