Проектно-исследовательская работа «Первая скрипка в стоительстве»

VIII МЕЖРАЙОННАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

учащихся средних общеобразовательных школ и студентов средних профессиональных учебных заведений Новосибирской области

«ШАГ В НАУКУ»

Секция: химия

Тема: Первая скрипка в строительстве

Автор: Новикова Полина Павловна, ученица 6А класса

Научный руководитель: Вышинская Нина Ивановна, учитель биологии,

высшая квалификационная категория

Место выполнения работы: МБОУ Лицей № 113, г. Новосибирск

2017

Содержание

Введение 3

«Фундамент» современной цивилизации 5

Цемент – стратегический строительный материал 5

Преимущественные качества цемента, его важность глазами строителей и одноклассников 7

Вперед, в космос! 8

1. Производство цемента или путешествие на Искитимцемент 5

   Отличительные особенности цемента и области его применения 6

   Марсианские планы NASA, EKA, Роскосмоса 8

   Зарождение цемента на Марсе 9

Заключение 11

Список источников информации 12

Приложения 13

Введение

На стройке рухнул дом, и идет разборка, чья это вина.

Подходят к кирпичам:

- Ага! Это вы виноваты, из-за вас дом рухнул.

Кирпичи бьют себя в грудь и говорят:

- Да вы чего? Смотрите, какие мы крепкие. Мы тут ни при чем!

Посмотрели, действительно, крепкие. Подходят к песку:

- Ага! Из-за тебя рухнул дом. Ты виноват!

А песок: — Да вы чего? Меня тут полно…

Как из-за меня мог рухнуть дом? Нет, я тут ни при чем.

Посмотрели. Действительно, хороший песок, и много его вроде.

Идут дальше. Видят цемент:

- Ага! Это ты виноват, что дом рухнул!

- ЧТО Я?!! ЧТО Я?!! ДА МЕНЯ ТУТ ВООБЩЕ НЕ БЫЛО!!!

Этот жизненный анекдот сразу дает нам возможность понять, важность цемента в строительстве домов.

«Цемент» - слово, известное всем с раннего детства. Кто-то наблюдал за превращением цемента в камень при оштукатуривании стен, кто-то при заполнении трещин и заделывании швов, другие - при кладке плит, выравнивании полов, и т.д. И я, не так давно, наблюдала за производством фундамента будущего дома с применением цементного раствора.

Рассматривая различные сооружения, я обратила внимание, к каким бы областям строительства они не относились - практически во всех, присутствует цемент. Неужели он такой универсальный? Как широко его используют специалисты? Есть ли подобные ему материалы? И где он может ещё пригодиться? Эти вопросы стали интересовать меня.

Определение роли цемента в строительной отрасли и рассмотрение возможности его использования за пределами Земли стало целью моего исследования.

Для её достижения я поставила следующие задачи:

- изучить исторический аспект появления цемента;

- изучить область применения цемента и этапы его производства;

- выявить наиболее значимые заменители цемента;

- определить важность цемента в строительстве на основе анализа данных опроса строительной бригады и одноклассников;

- рассмотреть возможность появления цемента в неземных условиях.

Объектом исследования станет портландцемент, а предметом исследования – этапы производства цемента и возможность его получения на другой планете.

Мною выдвинуты две гипотезы:

1)На всех этапах развития человечества, которое сопровождается научно-техническим прогрессом, цемент является важнейшим строительным материалом.

2) Важность цемента на Земле и планы людей на освоение Марса, дают возможность цементу появиться как строительному материалу и в тех условиях.

Проблема моего исследования – может ли цемент, являясь важным строительным материалом на Земле, быть использован астронавтами при строительстве объектов на Марсе?

Ее решение является практической значимостью исследования - при осуществлении полетов астронавтов на Марс, для строительства космодромов и космических сооружений в качестве строительного материала может использоваться цемент.

В работе будут использованы следующие методы исследования: информационно-поисковый; исследовательский; аналитический; практический.

Ход моего исследования:

посетить ОАО «Искитимцемент» для изучения основных этапов производства цемента, пообщаться со специалистами завода и взять у них интервью;

провести анкетирование строительной бригады и одноклассников, чтобы выяснить какую роль они определят цементу в строительной отрасли;

посетить Новосибирский планетарий с целью изучения разносторонней информации о планете Марс и планируемых полетах астронавтов на неё;

на основе полученных данных в лабораторных условиях создать экспериментальный образец застывшего цементного раствора, с использованием веществ, обнаруженных на Марсе.

Фундамент» современной цивилизации

Современное строительство получило рывок благодаря нашим древним предкам. Именно появление цемента создало тот облик современного мира, который мы наблюдаем каждый день. До появления цемента люди жили в землянках, пещерах, или зданиях из сложенных кусков камня и подмазанных глиной, которая стала прообразом цемента, но не отличалась особой прочностью после дождя.

В самом начале нашей эры римляне смогли создать смесь, похожую на современный бетон. Было замечено, что после дождя вулканический пепел начинает твердеть. Наблюдение сделало революцию в строительстве.

Позже появились первые цементы нового времени. В 1796 году Джеймс Паркер при 800–900ºС обжёг смесь глины с известью и получил «романцемент» (римский цемент), который мог твердеть на воздухе или в воде. В 1824 год  - Джозеф Аспдин, обобщив все материалы предшественников, получил патент на «портландцемент» (по названию города Портленд, около которого добывался камень). Почти одновременно с ним в 1825 году о своём открытии цемента заявляет Егор Герасимович Челиев. В 1856 году первый цементный завод открывается в Российской Империи (городок Гродзец Царства Польского).

Цемент – стратегический строительный материал

Цемент является основным материалом в современном строительстве. На сегодняшний день его производят в очень больших количествах. Для каждой страны это стратегический строительный материал, определяющий работу ее промышленности в целом. Это материал, без которого не осуществляется ни одно строительство здания и вообще любого другого крупного объекта и сооружения.

2. Производство цемента или путешествие на Искитимцемент

Цемент - искусственное неорганическое вяжущее вещество[1]. При взаимодействии с водой и другими жидкостями оно образует пластичную массу, которая затем затвердевает и превращается в камневидное тело. Цемент является гидравлическим вяжущим и способен набирать прочность во влажных условиях.

Минеральным сырьем для цементной смеси служат различные природные породы: карбонатные (мел, известняк, мергель) и глинистые (глина, суглинок и глинист. сланец)

Для производства самого цемента используют известняк, глину и дополнительные материалы, которые при температуре 1450°С частично плавятся. В результате образуются гранулы клинкера, которые затем перемешивают с молотым гипсом. Гипс помогает замедлить процесс схватывания, что позволяет спокойно и аккуратно работать над сложными конструкциями.

Кроме основных компонентов в состав строительного цемента обязательно входят добавки, улучшающие его свойства.

В настоящее время цементная промышленность производит цемент двумя основными способами: мокрым и сухим. При сухом производстве сырьевые материалы – известняк и глина в ходе измельчения и помола высушиваются и становятся сырьевой мукой. Далее эта мука поступает на обжиг.

Побывав в ОАО «Искитимцемент" [см. приложение 1 рис.1]. я наяву увидела все этапы производства портландцемента мокрым способом:

1. 1. После добычи ископаемых с помощью взрывных работ, сырье грузят в БелАЗы и доставляют на завод в приемный бункер[см. приложение 1 рис. 2].

      Сначала оно попадает в щековую дробилку, а затем по транспортерам - на молотковую дробилку для измельчения до размеров менее 30-40 мм.

      Ленточными транспортерами полученная масса подается в бункер сырьевых мельниц, где происходит размол сырьевой смеси с водой [см. приложение 1 рис. 3].

      Полученная масса (шлам) насосами транспортируется сначала в вертикальный, а затем - в горизонтальный бассейн [см. приложение 1 рис. 4].

      Далее шлам поступает в печь для обжига - медленно вращающийся цилиндр. Обжиг при температуре 1450ºС дает спекшийся материал - цементный клинкер (округлые гранулы, диаметр которых доходит от 5 до 50мм) [см.приложение1 рис.5]

      Из печи клинкер ссыпается в колосниковый холодильник где охлаждается до 50-85ºС. и транспортерами поступает в объединенный склад [см. приложение 1 рис. 6].

      Грейферными кранами клинкер, гипс и добавки подаются в бункер цементных мельниц, где после перемалывания получается цемент. [см. приложение 1 рис. 7]

      Полученный цемент насосами закачивается для хранения в цементные силосы, либо направляется на тарирование. [см. приложение 1 рис. 8, 9].

Прошло более 200 лет со дня появления цемента, но технология его производства принципиально не изменилась, правда теперь применяются более совершенные агрегаты, появились специальные добавки и тоньше стал помол.

2. Отличительные особенности цемента и области его применения

Цемент является самым распространенным материалом во всех его областях строительства. На его основе выпускаются высокопрочные железобетонные конструкции, железнодорожные платформы и пути, автомобильные и пешеходные путепроводы, бетоны дорожных и аэродромных покрытий, железобетонные трубы, опоры линий электропередач, бордюрный камень, тротуарная плитка, и многое другое. Крупными потребителями цемента являются нефтяная и газовая промышленность.

Получаемые на основе цемента современные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и прочие традиционные материалы. Его применяют почти на всех стадиях возведения здания. Фундаменты и бетонные перекрытия, стеновые блоки и монолитные конструкции, железобетонные изделия, ступени и лестничные марши, кладочные и штукатурные растворы, плиточные клеи, шпаклёвки, затирки и прочие сухие смеси — трудно строить без цемента дома, практически невозможно.

Уникальной особенностью цемента является то, что под воздействием воды цемент приобретает не только высокую пластичность, но и становится вяжущим, то есть приобретает способность скреплять различные материалы между собой. Также важнейшими свойствами цемента является: прочность и скорость ее нарастания, долговечность и стойкость в различных эксплуатационных условиях.

Существует множество разновидностей цемента и все они отличаются друг от друга своими свойствами и особенностями применения, поэтому очень важно, правильно подобрать особый вид цемента для определенной области строительства.

Преимущественные качества цемента, его важность глазами строителей и одноклассников

Несмотря на сегодняшнее развитие строительных технологий важность цемента, как стройматериала при строительстве любого объекта не подлежит сомнению. Это же подтверждает результат моего опроса бригады строителей - 13 человек [см. приложение 3], и одноклассников - 24 человека [см. приложение 4, анкета, рис. 1, 2], который показал, что каждый человек от мала до велика знает, что такое цемент и где он используется. [см. приложение 5 рис.1].

Цемент применяется в разных отраслях строительства в: промышленном, жилищном, сельскохозяйственном, гидротехническом, гражданском и дорожном строительстве. О широком его применении знают и ребята [см. приложение 5 рис.2].

Основными заменителями цемента строители видят: глину (80% опрошенных), гипс (80%), известняк и алебастр. 23% от всех строителей утверждают, заменителей цемента нет! [см. приложение 5 рис.4].

Имеет ли цемент недостатки? Оказывается да! 85% строителей [см. приложение 5 рис. 3] утверждают, что цемент боится влаги и 46% - видят недостатком срок годности цемента. Специалисты ОАО «Искитимцемент» согласились с мнением строителей, но объяснили, что продлить жизнь цементу можно, храня его в закрытой заводской упаковке.

Проведенный мною анализ веществ, относящихся так же как и цемент к вяжущим веществам и растворам на их основе [см. приложение 2 таблица 1] подтвердили мои предположения, что на сегодняшний день нет такого материала, который бы обошел цемент по прочности, долговечности и низкой стоимости! Область применения вяжущих веществ, за исключением цемента ограничена местами, не подвергающимися воздействию влаги и не подверженные большим нагрузкам. Полимеры же (органические вещества, которые составляют основу пластических масс), которые также можно рассмотреть в качестве заменителей цемента, со временем не крепнут, а разрушаются под действием воды, света и перепада температур.

Частные исследователи по сей день продолжают поиски качественных и дешевых заменителей цемента самостоятельно [см. приложение 2 таблица 2]. Но ни одно из их новых изобретений, до этого дня, так и не запущено в большое производство.

Вперед, в космос!

Цемент - такой неприметный, но очень важный и незаменимый на Земле, и Марс - такой далекий от нас, неизведанный и очень таинственный. Что может быть общего?

Космическое пространство всегда притягивало взгляды людей и нам хочется знать о Вселенной больше. Марс же вообще, постоянно служит предметом споров по всему миру. Жители Земли отправили не один десяток космических кораблей для изучения марсианских просторов. Более того, ученые всего мира мечтают отправить на эту планету астронавтов.

4.1. Марсианские планы NASA, ЕКА и Роскосмоса

Понимание того, что произошло с атмосферой Марса в далеком прошлом, поможет сформировать наши представления о развитии и изменениях нашей планеты. Изучение всех обстоятельств, которые привели к изменению благоприятных условий для существования микробной жизни на Марсе, до современной окружающей среды с далеко некомфортными там условиями – главная цель всех научных программ марсианских исследований. [8]

В задачи исследования Марса также входят поиски ответов на вопросы: есть ли сейчас там микробная жизнь, сможет ли эта планета стать домом для людей [4], выяснить, что способствовало существованию на Марсе в древние времена более мягких условий и какие процессы стимулировали его превращение в нынешнюю сухую и негостеприимную планету. [7]

28 марта 2015 года на пресс-конференции на космодроме Байконур, несмотря на сложные земные отношения двух держав, Роскосмос и NASA (Национальное управление США по воздухоплаванию и исследованию космического пространства) заявили о готовности к совместному освоению «Красной планеты». Глава NASA Чарльз Болден сказал, что в настоящее время рассматривается возможность совместной миссии к Марсу. «Мы обсуждаем, как лучше использовать ресурсы, финансы, определяем временные рамки и то, как распределить усилия, чтобы не было дублирования деятельности» [20].

Совместно с Европейским космическим агентством (EKA) и Роскосмом был разработан проект по исследованию Марса, его поверхности, атмосферы и климата - ExoMars. Первый его этап начался в 2016 году. В результате на орбиту Марса выведен аппарат TGO, второй этап планируется в 2018 году с запуском посадочной платформы и марсохода. (Российский космос №4 2016)

8 октября 2015 года, NASA обнародовало план подготовки и осуществления марсианской пилотируемой миссии. Он включает в себя поэтапную «дорожную карту», главная цель которой – высадка человека на Красную планету. Программа будет разделена на две миссии: первая - изучение Марса с орбиты и высадка астронавтов на его спутник – Фобос в 2033 году, вторая - посадка на саму планету в 2039 году. Даты полетов выбраны те, когда Земля и Марс будут находиться на минимальном расстоянии друг от друга, это позволит снизить затраты на топливо[4]

4.2. Зарождение цемента на Марсе

Для осуществления своих пилотируемых планов НАСА объявило конкурс  Printed Habitat Challenge Design Competition на лучший архитектурный проект марсианской базы. От участников требовалось предусмотреть применение 3D-печати и максимальное использование местных ресурсов. Победителем стал проект Mars Ice House (Марсианский ледяной дом). Под внешней ледяной оболочкой дома будет находиться гибкая мембрана, а внутри дома будут заключены жилые и служебные помещения. Многослойная структура дома защитит его от радиации и будет пропускать свет для лучшего освещения.

Я придерживаюсь другого мнения, и считаю, что дом Team Gamma, занявшего второе, состоящее из системы модульных надувных теплиц и покрытый сверху реголитом, обеспечит большую защиту астронавтов от ультрафиолетового солнечного и галактических излучений. Также я считаю, что верхнюю оболочку этого жилища можно сделать из бетона, подобно земному. Ведь как известно, он гораздо лучше, чем лед, способен защитить от радиации и главное, обладает более высокой прочностью в случае метеоритного дождя.

Пообщавшись в Большом Новосибирском планетарии с Мариной Анатольевной Арцибашевой (старшим методистом) и получив из периодической литературы много новейшей информации о Марсе, его атмосфере, поверхности, составе [см. приложение 6 рис.2,3,4] я создала альбом «Загадки Красной планеты», в котором также описала некоторые минералогические находки и открытия на нем.

Данные, полученные марсоходами и марсианскими орбитальными аппаратами, говорят о наличии на Марсе: водяного льда, базальта, аргиллита, вулканической пемзы, глины, гипса, известняка, различных соединения железа, кварца, глинистых минералов, гематита и многого другого. Эти вещества находятся на планете в виде скальных пород, каменных обломков, щебеня, песка.

Анализ полученных Марсианских данных привел нас с Евгением Викторовичем Третьяковым (зам. директора по науке Новосибирского института органической химии) [см. приложение 6 рис.1] к мысли, что теоретически, производство цемента на Марсе - возможно! Для этого на поверхности Марса имеются необходимые нам: известняк, глина и гипс. Для приготовления же цементного раствора доказано наличие воды на Марсе.

В лабораторных условиях, под руководством Е.В.Третьякова мы создали экспериментальный образец "марсианского" застывшего цементного раствора.

Для этого были произведены следующие этапы производства:

1. В отделе технического контроля завода "Искитимцемент" с помощью мини-мельницы мне перемололи добытый и заранее просушенный известняк и глину [см. приложение 6 рис. 5]. Также в ней отдельно перемололи гипс.

2. Далее в лаборатории завода известняк и глину (из расчета: известняк - 75%, глина - 25%) обожгли в муфельной печи для обжига [см. приложение 6 рис. 6]. Таким образом мы получили клинкер.

3. После, клинкер был охлажден и еще раз перемолот.

Эти три этапа произвелись благодаря Наталье Николаевне Козициной (начальник лаборатории завода ОАО «Искитимцемент») [см. приложение 6 рис. 7]

4. С помощью мерных стаканов к готовому перемолотому клинкеру я добавила гипс (из расчета 5% от клинкера) и хорошо перемешав получила готовый цемент [см. приложение 6 рис. 8]

5. Далее смешала цемент и песок из соотношения 1/3 и добавив немного воды, перемешала[см. приложение 6 рис.8]

6. Залила раствор в форму. На второй день цементный раствор затвердел [см. приложение 6 рис.12].

Производство самого бетона также возможно в условиях Марса, но этот процесс потребует длительного времени затвердевания и желательно не низкую температуру. Решение этой проблемы будет состоять в использовании при затвердевании бетона прозрачного надувного купола, который поспособствует повышению температуры и созданию более комфортных условий затвердевания, а также, даст возможность использовать пары воды с последующей их конденсацией для затворения нового бетона.

Заключение

«Первая скрипка в оркестре» – выражение, которое в жизни мы применяем к людям, действительно применимо к значению цемента в строительной отрасли.

Выполнив все задачи своего исследования, я убедилась что:

- со времен начала использования глины, нет в строительстве материала прочнее, долговечнее цемента;

- и нет на Земле стройматериала, имеющего такую широкую сферу применения;

- не изобрели еще строительный материал, способный заменить цемент во всем;

- и все, от малых до взрослых, знают что такое цемент и понимают его важность в строительстве;

- анализ минералов и водных ресурсов планеты Марс, говорит о возможности производства цемента на Марсе;

Теперь, я точно могу сказать, что на сегодняшний день цемент, как и раньше во времена Римской империи, занимает важнейшее положение среди всех современных строительных материалов. И нет ни одной отрасли строительства, где бы мы не увидели среди стройматериалов – цемент.

Считаю, цемент, такой важный и незаменимый на Земле, имеет полное право возникнуть как строительный материал на Марсе, планете, на которую в 2030-х годах планируется высадка первых астронавтов.

Изучение способов и этапов производства цемента, и анализ найденных на Марсе минералов, дало мне возможность создать экспериментальный образец застывшего цементного раствора, который может быть произведен на Марсе.

Мои гипотезы подтвердились, и цель исследования достигнута. Цемент является основным материалом строительной отрасли, имеет широкую сферу применения, и не имеет заменителей, способных заменить его во всем. Планы же человечества на освоение дальнего космоса, дают шанс цементу, появиться в качестве строительного материала на Марсе.

В дальнейшем, когда с марсоходов будут получены новые данные и эта планета тщательнее изучится землянами, появится возможность более детально рассмотреть вопросы производства, в тех условиях, разных видов цемента и растворов на его основе.

Так значит, сбываются пророческие слова великого русского ученого Д.И. Менделеева, который говорил о цементе: «Этому продукту – широкая будущность, он сделает будущие постройки более прочными, более дешевыми и легчайшими. Цемент – драгоценнейший строительный материал, уже ныне играющий громадную роль, с течением же времени долженствующий вытеснить всех других соперников». [17]

 

Список используемой литературы

1. 1. 1. 1. 1. 1. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества. – М.: Стройиздат, 1986 – 384с.

                  Дуда В. Цемент. – М.: Стройиздат, 1981г. – 246с.

                  Шепелев А.М. Как построить сельский дом, - М.: Россельхозиздат, 1984. — 400 с

                  Афанасьев И. К Красной планете на оранжевой ракете // Новости космонавтики. – 2015. - №12. – С. 46-51.

                  Жидкость на Марсе – соляной раствор // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №4. – С. 12-13.

                  Лисов И. Curiosity добрался до горы Шарп // Новости космонавтики. – 2015. - №6. – С. 38-47.

                  Новые следы древних марсианских озер // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №10. – С. 20-21.

                  Солнечный ветер в окрестностях Марса // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №11. – С. 25.

                  Через тернии – к Марсу // Вселенная, пространство, время – 2015. - №11- С.20-23

                  Японцы примеряются к Фобосу // Российский космос. – 2015. - №11. – С. 42.

                  Брагин.В. - Полимербетон: ключевые свойства материала, технология производства. - http://masterabetona.ru/vidy/197-polimerbeton

                  Воробьев В.А. Комар А.Г. Строительные материалы. – http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-32/22.htm

                  Вяжущие материалы/ - http://www.rmnt.ru/story/bulk/16730.htm

                  Замена цемента. – http://1pobetonu.ru/vidy/zamena-cementa.html

                  Заменитель цемента. - http://stroi-beton.com

                  Как правильно сделать раствор цемента. – http://strport.ru/stroitelstvo-domov/kak-pravilno-sdelat-rastvor-tsementa#doma

                  Менделеев. Первый экономист цемент. дела. - http://www.rucem.ru/museum/1econ.php

                  Найден уникальный заменитель цемента. - http://econet.ru/articles/68066-nayden-unikalnyy-zamenitel-tsementa

                  Портландцемент и цемент: отличие между материалами. – http://1pokirpichy.ru/questions/portlandcement-i-cement-otlichiya-233408.html

                  Россия отправит США на Марс. - // http://www.riasv.ru/entry/162694/

                  Сыпучие строительные материалы/ - http://www.rmnt.ru/story/bulk/125192.htm

                  Технология пеностекла. - http://www.penosytal.com/penosteklo_technology.html

                  Николаев В. Есть ли жизнь на Красной планете? // Российский космос. - 2016. - №4. - С. 18-21

                  Ледяной дом на Марсе // Российский космос. - 2017. - №2. - С. 42-43

 

 

Приложение 2

Цемент и его заменители

Таблица 1

Сравнительная таблица цемента с его основными заменителями:

Таблица 2

Изобретения частных исследователей, способные по их словам, заменить цемент

 

Приложение 3

А Н К Е Т А

«Цемент в строительстве»

С целью выявления знаний о производстве цемента, его назначении и областях применения убедительно прошу Вас ответить на вопросы:

Знаете ли Вы что такое цемент?:

□ Нет;

□ Да, это__________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Какие недостатки цемента (смесей на цементной основе) Вам известны:

□ Их нет

□_________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Какие заменители цемента Вам известны и где они используются? (напишите)

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Благодарю Вас за ответы!

С уважением, Новикова Полина

 

 

 

 

Приложение 5

Анализ проведенного опроса бригады строителей и одноклассников

В опросе участвовало 13 человек строителей и 24 ученика

Знаете ли Вы что такое цемент:

21%

46%

33%

13%

33%

5

3

8

7

8

Чел.

6

54%

 

 

Где в строительстве используется цемент и как:

Чел.

14

14

24

15

63%

58%

58%

100%

 

Недостатки, отмеченные строителями:

6

2

11

Чел.

46%

11%

85%

 

Какие заменители цемента знают строители:

 

Чел.

8

8

3

4

3

3

3

80%

80%

30%

40%

30%

30%

23%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 7

 

 

 

 

 

Интересные факты

Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая (предпоследняя) по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа.

Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных.

У Марса есть два естественных спутника — Фобос и Деймос (в переводе с древнегреческого — «страх» и «ужас» — имена двух сыновей Ареса, сопровождавших его в бою), которые относительно и имеют неправильную форму.

Марс несколько веков пристально изучался с Земли. За красноватый свет ее прозвали Кровавой планетой. Не мудрено, что Марс имеет такое воинственное название. Отношение к назойливости людей, стремящихся все разузнать, у красной планеты было соответствующим: ни к одной планете не было запущено такого числа космических аппаратов, и ни одна планета не несла таким запускам столько неудач.

На Земле и на Марсе присутствует вода. Но на Земле вода везде: океаны занимают 71% земной поверхности

На Марсе происходит смена времен года, по тем же причинам, что и на Земле. Зимой в Северном полушарии полярная шапка растет, а в Южном почти исчезает: там лето.

Марс выглядит сухим и пыльным, и пока ни один космический аппарат, посланный к Марсу, не обнаружил жизнь. Ученые полагают, что она может скрываться в подземных водах или внутри скал, но пока ничего не было найдено.

Исследования с использованием российского нейтронного спектрометра HEND показывают, что в прошлом по его поверхности текли реки, а большие участки сегодняшней суши, возможно занимали океаны. В современных климатических условиях жидкая вода на поверхности Марса не может существовать долго, но под поверхностью в высоких широтах планеты сохранился водяной лед, а на умеренных и экваториальных широтах вода находится в связанном виде. Это физически связанная вода (на поверхности частиц грунта) или химически (в составе гидратированных минералов).

В ранней истории Солнечной системы воздух на Марсе очень отличался от нынешнего. Многие ученые полагают, что Марс был теплым и имел более толстую атмосферу. Но, к сожалению, ему не хватало двух достаточно важных составляющих: магнитного поля и тектоники плит. Если их создать, Марс мог бы вырабатывать достаточно кислорода для поддержания жизненных форм, похожих на земные.

Воздух на Марсе является основным сдерживающим фактором для освоения планеты человеком.

В древнем прошлом вулканы Марса могли извергаться миллионы лет, не ослабевая. Лава извергалась на поверхность в течение тысячелетий, потому что на Марсе нет тектонических плит. Отсутствие тектоники означает, что разрывы поверхности оставались открытыми до тех пор, пока магма, в результате большого давления, не поднималась к поверхности.

Вулкан Олимп — самая крупная гора из имеющихся в Солнечной системе, сформирована именно таким образом. Такой тип вулканической деятельность может частично объяснить наличие самой глубокой в Солнечной системе долины, называемой долиной Маринера.

Поверхность Марса усеяна ударными кратерами, остаются неизменными миллионами лет, потому что нет никаких экологических сил, чтобы изменить их. Планете не хватает дождя, ветра, и тектонических подвижек, которые вызывают эрозии здесь, на Земле. Марсианская атмосфера значительно тоньше земной, поэтому небольшие метеориты способны оставлять на планете следы.

Современная марсианская поверхность сильно отличается от той, что была в далекой древности. Данные, полученные с помощью марсоходов и орбитальных аппаратов, свидетельствуют, что в когда-то здесь было много воды. Свидетельством этого служит эрозия минералов, которая может образоваться только вследствие воздействия Н2О. Не исключено, что океаны и протяженные реки были когда-то доминирующим пейзажем. Последние остатки воды остаются в ловушке в виде льда под поверхностью.

Чем привлекает нас Марс?

Земля и Марс – твердые планеты, состоящие из камня и металла. Мы многое знаем о внутренней структуре Земли, но можем лишь догадываться о внутренней структуре Марса. Ученые думают, что у обеих планет есть внутреннее металлическое ядро, окруженное каменной мантией. Мантию покрывает тонкий слой коры. Поскольку Марс уступает Земле размерами, считается, что он остывает быстрее, поэтому его кора толще. У Марса нет магнитного поля, поэтому, у него, скорее всего, отсутствует вращающееся ядро из жидкого металла, как у Земли.

Марс — достаточно суровое место. Средние температуры на поверхности этой сухой планеты равны -55 °C и -67 °F. А на полюсах она может опуститься до -153 °C (243 °F). Преимущественно, виной тому — ее разряженная атмосфера, поскольку она не в состоянии удерживать тепло (не говоря уже о кислороде).

Причин, по которым нас привлекает Марс несколько, включая схожесть планет, запасы на Марсе воды, шансы на выработку на месте еды, кислорода и стройматериалов.

Между планетами существует любопытное сходство, благодаря чему Марс можно признать приспособленным для появления на ней людей. Начнем с того, что Марс и Земля имеют практически равную продолжительность дня. Один день на Марсе равен 24 земным часам и 39 минутам, а значит, животные, растения, а тем более люди, могут там освоиться.

Марс имеет такой же наклон земной оси, как и Земля, что гарантирует сходные смены сезонов (хотя продолжаться там они будут дольше). Фактически, когда первое полушарие повернуто стороной к Солнцу, на нем лето, в то время как на втором в самом разгаре зима. А лето на этом, втором полушарии — с более теплыми и длинными днями.

Подобно Земле, Марс располагается в зоне нашей системы, пригодной для жизни (ее называют «зоной обитаемости»)

К тому же, на Марсе — обширные запасы воды. Добыча и очистка этой воды для людей не должно стать проблемой.

В 2015 году НАСА подтвердило свои планы по отправке на Марс астронавта в 2030-х годах. Об этом сообщил директор организации Чарлз Болден: "Мы как никогда близки к осуществлению наших целей по отправке астронавта на Марс в 2030-х годах. Высадка на Марсе станет кульминацией нескольких лет планирования и исследований, тяжелой работы и даже мечтаний, а порой и продолжительных дискуссий и дебатов", - пояснил он.
"Марс имеет для нас важнейшее значение. Поскольку то, что мы узнаем о Красной планете, может сказать нам больше об истории и будущем нашей родной Земли. Исследование Марса также поможет нам разгадать тайну существования жизни вне Земли. Мы знаем, что когда-то на Марсе были условия, подходящие для жизни", - рассказал Болден.
"В следующем году мы отправим на Красную планету посадочный аппарат InSight для изучения ее ядра. В 2020 году мы, основываясь на опыте Curiosity, построим новый марсоход Mars 2020. Он поможет нам подготовиться к миссии на Марс, и, впервые, он возьмет образец грунта для последующей отправки на Землю", - рассказал директор НАСА.
 

Минералогические находки и открытия

ОТКРЫТИЕ! 28 сентября 2015 года в NASA получили данные, подтверждающие, что в определенных условиях потоки воды и временные резервуары появляются на марсианской поверхности до сих пор.

28 сентября 2015 года в NASA на специальной конференции было объявлено о новом открытии. Специалисты-планетологи с американского аппарата MRO, получили данные, подтверждающие, что в определенных условиях потоки воды и временные резервуары появляются на марсианской поверхности до сих пор. Эти потоки появляются при температурах выше -23 ºС и остаются видимыми практически весь весенне-осенний сезон, быстро исчезая после похолодания. Скорее всего, они появляются после подтаивания слоя вечной мерзлоты, поэтому имеют сезонный характер. Тем не менее, факт наличия потоков воды, значительно увеличивает вероятность того, что какие-то формы жизни, которые могли существовать на Марсе в далеком прошлом, сохранились до наших дней и могут быть обнаружены. (1)

Доказано, темные полосы на поверхности Марса, периодически появляющиеся и исчезающие, являются следствием появления и исчезновения воды!

Воды на Марсе немало. Есть полярные ледники, есть залежи льда под поверхностью, в тех местах, где когда-то был океан, еще есть горные ледники. Правда разговор сейчас не о них, а именно о жидкой воде Красной планеты. Ранее на Марсе неоднократно наблюдались темные полосы на склонах оврагов. Они появлялись по весне и исчезали к лету, появлялись осенью и исчезали к зиме. Все указывало на то, что на поверхности происходят какие-то процессы, связанные с сезонным колебанием температуры. Теперь доказано, что это вызвано появлением воды.

На марсианских склонах полосы формируются при температурах от -23°С до 0°С. Это именно те условия, когда соленая вода может переходить в жидкую фазу и не испаряться в марсианскую атмосферу из-за низкого атмосферного давления. Когда приходит тепло, эта сырость высыхает, а зимой - замерзает. На Марсе эти участки относятся к средним широтам. Любопытно, что они тяготеют к темным областям на поверхности, хотя связи с этим пока не установлено. Происхождение сырости тоже неизвестно: то ли она конденсируется из атмосферы, то ли это вечная мерзлота понемногу подтаивает. (1)

Обнаружено изобилие мелкозернистых аргиллитов, показателем значительных масс стоячей воды – скорее всего озер, которые существовали раньше.

Еще до посадки марсохода планетологи предполагали, что в кратере Гейл могут существовать слои осадочных пород.

У подножия горы марсоход обнаружил изобилие мелкозернистых аргиллитов, выглядевших как озерные отложения Земли. Они указывают на наличие значительных масс стоячей воды – скорее всего озер, которые существовали в течение длительных периодов времени. (1)

В большом количестве минеральных прожилок, обнаружены: залежи гипса (сульфата кальция), фтора, соединений железа, калий.

Проанализировав данные полученные марсоходомCuriosity, ученые составили более полное представление об участке поверхности Марса с большим количеством минеральных прожилок разнообразного химического состава. Было доказано, что появление воды во влажные периоды, приводило к отложению растворенных веществ в трещинах. В прожилках удалось обнаружить гипс (сульфат кальция), высокое содержание фтора и соединений железа, участки с большим содержание калия. Марсоход нашел доказательства того, что нижние слои горы сформированы на озерных и речных донных отложениях. (3)

Обнаружено наличие полевого шпата и кварца

Марсоход Curiosity обнаружил на поверхности Марса породы, имеющие поразительное сходство с преобладавшими на Земле 2,5 млрд лет назад. Исследователи доказали наличие там полевого шпата, и возможно, кварца. (3)

Солнечные ветра ежесекундно уносят из планетной сферы в космос 100гр. вещества, что в год – 6000т.

Американский орбитальный аппарат Maven исследовал степень участия Солнца в изменении условий на Красной планете. Результаты исследования показывают, что эрозия газовой оболочки Марса значительно усиливается во время «солнечных штормов». Оказывается, солнечный ветер, ежесекундно уносит из планетной сферы в космос 100гр. вещества, что в год составляет 6000т. В этом ему помогает и ультрафиолетовое излучение. (5)

На ранних этапах эволюции Марс имел достаточно мощную и тепловую атмосферу, и воду в жидком состоянии.

Астронавт Джон Грунсфельд отметил что, судя по всему на ранних этапах эволюции, Марс имел достаточно мощную и тепловую атмосферу, и вода находилась в жидком состоянии. А именно это является необходимым и ключевым фактором зарождения и развития форм жизни. (5)

В ходе анализа образцов пород, пробуренных марсоходомCuriosity скважин, были определены гипс (сульфат кальция) глинистые минералы и гематит, ярозит (сульфаты калия и железа), аргиллит (камнеподобная глинистая порода), кремнезём с содержанием кварца.

Вот неполный список того, что можно встретить на Марсе. Водяной лед, базальт, вулканический туф, вулканическая пемза, глина, гипс, известняк, различные соединения железа, кварц. В принципе есть ряд минералов, которые примерно одинаково распространены на Земле и на Марсе. Несмотря на наличие 92 стабильных химических элементов число минералов ограниченно несколькими тысячами. Строительные материалы находятся в виде скальных пород, каменных обломков, бута, щебеня, глины, песка. (6,2)

Орбитальный аппарат Phoenix , а затем и марсианский роверCuriosity ,нашли известняк.

Орбитальный аппарат Phoenix нашёл в районе северного полюса Марса известняк, недостаток которого был сильнейшим доводом против возможности жизни на планете. Часть известняков темного цвета в зоне, исследуемой марсианским роверомCuriosity, демонстрирует выраженную текстуру и наклонное залегание слоев, характерное для отложений, формировавшихся в форме песчаных дюн, которые затем зацементировались в камень. Выходы на поверхность слоя известняка Стимсона до сих пор доступны для исследования ровером, и ученые миссии планируют в этом месяце взять пробу пород из слоя Стимсона для проведения анализа. (8)

Глиняные минералы учёные уже видели раньше с борта марсианских орбитальных станций. А обнаружение известнякамарсоходом стало настоящим подарком для исследователей Марса.

Глины образуются в жидкой воде, причём воде нейтральной или слегка щёлочной, а это напрочь опровергает представления о сильно кислотном «сернистом рассоле», в котором у древней марсианской жизни не было бы и шанса на выживание. Судя по всему, гидрологические условия на Марсе в прошлом были куда разнообразнее, чем полагали учёные. Впрочем, признаки наличия здесь глиняных минералов учёные уже видели с борта марсианских орбитальных станций. А вот обнаружение известняка – настоящий подарок для исследователей Марса. Ведь до сих пор практически полное отсутствие этого соединения на планете было одной из главных загадок марсианской геологии, и менее года назад ученые посчитали своей особой удачей предложить объяснение этому феномену – также, кстати, оставлявшее мало надежд на возможность какой-либо жизни в далёком прошлом Марса. Теперь, наоборот, придётся искать модели формирования известняка и глины, которые в земных условиях образуются в присутствии воды; возможно, так они появились и на Марсе. (7)

«Мы чаще всего представляем себе Марс в весьма упрощенном варианте, - размышляет Джон Гротцингер, сотрудник проекта MarsScienceLaboratory. – Когда-то мы также примитивно описывали и историю Земли. Но чем больше мы углубляемся в решение проблем Красной планеты, тем больше возникает вопросов, вынуждающих осознать сложность того, что мы там видим. Сейчас хорошее время для того, чтобы вернуться к начальным предпосылкам и переоценить все наши предположения о Марсе». (4)

 

Сколько всего интересного, таинственного и недоступного нашему глазу и пониманию, таит в себе эта планета. Ни один десяток лет люди смотрят на нее с надеждой на то, что она тоже может быть обитаема, и Земля не одна планета в Солнечной системе, на которой существует жизнь!

 

 

 

Список используемой литературы

Вода на Марсе существует в наши дни // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №10. – С. 22.

Лисов И. От Соландер-Пойнта до марафонской долины // Новости космонавтики. – 2015. - №6. – С. 50-53.

Минеральная летопись марсианской истории // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №11. – С. 23-24.

Новые следы древних марсианских озер // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №10. – С. 20-21.

Солнечный ветер в окрестностях Марса // Вселенная, пространство, время. – 2015. - №11. – С. 25.

Curiosity раскрыл секреты «Города-сада» // Вселенная, пространство, время. – №4.- 2015. – С. 14-15.

Марс - красная звезда. Результаты миссии Phoenix. - http://galspace.spb.ru/index36-5.html

Новая марсианская панорама от Curiosity демонстрирует окаменелые песчаные дюны. - http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=7765

ВСЕГОВАМСАМОГОЛУЧШЕГО!

 

С уважением, Новикова Полина

ученица 4 «А» класса

МБОУ лицея № 113