Текст для обучающихся

Материал для учащихся 9 класса по теме
«Палеонтология и карбонат кальция»
Карбонат кальция
Карбонат кальция (углекислый кальций) — неорганическое химическое соединение, соль
угольной кислоты и кальция.
Химическая формула — CaCO3.
Карбонат кальция в природе
Карбонат кальция основа большинства природных минералов кальция (мел, мрамор,
известняк, ракушечник, кальцит, исландский шпат). В чистом виде вещество белого цвета
или бесцветные кристаллы. Соединения кальция — известняк, мрамор, гипс (а также
известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько
тысячелетий назад. Вплоть до конца XVIII века химики считали известь простым
веществом. В 1789 году А. Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит, глинозём и
кремнезём — вещества сложные.
В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное
равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и
углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:
(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).
Соединения кальция находятся практически во всех животных и растительных
тканях. Значительное количество кальция входит в состав живых организмов. Из карбоната
кальция CaCO3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др.
В живых тканях человека и животных 1,4—2 % Са (по массовой доле); в теле человека
массой 70 кг содержание кальция — около 1,7 кг (в основном в составе межклеточного
вещества костной ткани).
Химические свойства карбоната кальция
1) Карбонат кальция при нагревании разлагается на соответствующий оксид и
углекислый газ.
CaCO3 → CaO + CO2
2) С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, карбонат кальция реагирует,
образуя растворы гидрокарбонатов:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2 + + 2HCO3 При нагревании и даже при попытке выделить гидрокарбонат из раствора, удаляя
воду при комнатной температуре, он разлагается по обратной реакции:
Ca2 + + 2HCO3 - = CaCO3 + CO2 + H2O.
3) Карбонат кальция взаимодействует с кислотами с выделением углекислого газа
CaCO3 (мрамор) + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
4) Карбонат кальция не растворим в воде и этаноле.
Кальцит
Кальцит, известковый шпат — минерал, одна из природных форм карбоната
кальция. Исключительно широко распространён на поверхности Земли, породообразующий
минерал. Кальцитом сложены известняки, меловые породы, мергели, карбонатиты.
Кальцит — самый распространённый биоминерал: он входит в состав раковин и
эндоскелета большинства беспозвоночных, а также покровных структур некоторых
одноклеточных организмов.
Название предложено Гайдингером в 1845 году и происходит, как и название
химического элемента, от лат. calx (род.п. calcis) — известь.
В чистом виде кальцит белый или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или
просвечивающий, — в зависимости от степени совершенства кристаллической структуры.
Примеси окрашивают его в разные цвета.
Примесь
Цвет окраски кальцита
никель
зелёный
кобальт, марганц
розовый
пирит
сине-зеленый
железо
желтоватый, буроватый, красно-коричневый
хлориты
зелёный
Кальцит относится к тригональной сингонии. Кристаллы очень разнообразны, но
чаще ромбоэдрические (острый, основной и тупой ромбоэдры). Кальцит слагает горную
породу мрамор, является главной составной частью известняков. Нередко образует
псевдоморфозы по органическим остаткам, замещает раковины древних моллюсков и
кораллы («окаменелости»).
Известняк
Известняк — осадочная горная порода органического происхождения, состоящая
преимущественно из кристаллов кальцита различного размера и образующаяся при участии
живых организмов в морских бассейнах.
Известняк, состоящий преимущественно из раковин морских животных и их
обломков, называется ракушечником. При метаморфизме известняк перекристаллизуется и
образует мрамор.
Название разновидности известняка отражает присутствие в нём остатков
породообразующих организмов, район распространения, структуру (например, оолитовые
известняки), примесей (железистые), характер залегания (плитняковые), геологический
возраст (триасовые).
Из известняков сложены целые горные цепи в Альпах, широко распространён
известняк и в других местах. У известняка нет блеска, он обычно светло-серого цвета, но
может быть белым или тёмным, почти чёрным, голубоватым, желтоватым или розовым, в
зависимости от состава примесей.
Мрамор
Мрамор (др.-греч. μάρμαρος — «белый или блестящий камень») — метаморфическая
горная порода, состоящая только из кальцита, а также органических соединений. Мраморы
появляются
путем
метаморфизма
при
средних
температурах
и
давлениях
из
преимущественно карбонатных осадочных пород. При этих условиях очень мелкие зерна
карбоната кальция и магния осадочных пород испытывают «бластез» — укрупнение
кристаллов.
В
мире
разведано
огромное
количество
месторождений
мрамора.
Самые
известные — Каррарское в Италии, Паросское и Пенделиконское в Греции. В России это
Кибик-Кордонское в Красноярском крае, Буровщина в Забайкалье, Уфалейское на Урале,
Рускеальское и Белогорское в Карелии. Окраска мрамора также зависит от примесей.
Примеси
Окраска мрамора
оксид железа
красный, розовый,
сульфид железа
сине-чёрный
железосодержащие силикаты
зелёный
гидроксиды и карбонаты железа, марганца
жёлтый, бурый
графит
чёрный
Палеонтология
Палеонтология
(от
др.-греч.
παλαιοντολογία)
—
наука
об
организмах,
существовавших в прошлые геологические периоды и сохранившихся в виде ископаемых
останков, а также следов их жизнедеятельности.
Палеонтологи исследуют не только останки собственно животных и растений, но и
их окаменевшие следы, отброшенные оболочки и другие свидетельства их существования.
В палеонтологии также используются методы палеоэкологии и палеоклиматологии с целью
воспроизведения среды жизнедеятельности организмов, сопоставления современной среды
обитания организмов, предположения местообитаний вымерших и т. д.
Ископаемые останки или окаменелости человек использовал, начиная с палеолита.
Об этом свидетельствуют находки ожерелий из фрагментов вымерших кораллов и морских
ежей, использовавшихся в ритуалах погребения, и другие археологические находки.
Различные ископаемые упоминаются в преданиях, мифах и сказках. Так, белемниты
называют «чёртовы пальцы» и в восточных сказках их рассматривают как ногти джинов,
раковины фораминифер – нуммулитид в сказаниях о битвах Александра Македонского
описывают как окаменевшие монетки.
Первые научные письменные документы об ископаемых организмах принадлежат
древнегреческим естествоиспытателям и философам. Успехи естествознания древних
греков были обобщены в трудах Аристотеля, жившего в 384–322 гг. до новой эры, –
великого мыслителя своего времени, который создал основы классификации животных,
зачатки сравнительной анатомии и эмбриологии. Окаменелости он считал остатками
морских животных. Спустя много столетий в XV–XVI вв. такой взгляд на окаменелости
поддерживал Леонардо да Винчи (1452–1519), хотя в то время существовали иные точки
зрения, в частности, что окаменелости – это объекты, созданные богом после потопа.
В XVII–XVIII вв. начинаются интенсивные исследования в различных отраслях
естествознания. Это привело не только к накоплению огромного фактического материала,
но и к появлению различных идей, гипотез. Большое значение в развитии палеонтологии
имели труды шведского учёного Карла Линнея (1707–1778 гг.) – основоположника
классификации и систематики. Он разделил всю природу на три царства: минералов,
растений и животных. Одновременно с Линнеем работали блестящие учёные: во Франции
Жорж Бюффон (1707–1788) и в России – Михаил Ломоносов (1711–1765).
Бюффон, рассматривая происхождение и развитие жизни, историю животного и
растительного мира, подчёркивал единый план строения животных, говорил о наличии
промежуточных форм между разными группами животных и считал, что история развития
Земли насчитывает до 75 000 лет.
М. Ломоносов в своей книге «О слоях земных» объяснял происхождение осадочных
горных пород образованием их в морских бассейнах. Ископаемые моллюски, встреченные в
этих породах, обязаны своим происхождением морям, существовавшим в прошедшие
геологические эпохи. Ломоносов представлял себе смену различных периодов жизни на
Земле как последовательное чередование наступления и отступления морей, объясняя эти
явления медленными колебаниями суши. Область распространения живых существ на
Земле образует особую оболочку, называемую биосферой. Биосфера возникла с появлением
на Земле живых существ: она занимает всю поверхность суши, все водоёмы Земли (океаны,
моря, озёра, реки), проникает в атмосферу – большинство организмов поднимается в воздух
более чем на 50 – 70 м, а споры бактерий и грибов заносятся на высоту до 22 км. Жизнь
проникается в литосферу, где она концентрируется в основном в поверхности слоёв на
глубине до 6-8 м, но некоторые бактерии найдены в слоях на глубине до 2-3 км.
В 90-х годах XVIII века и начале XIX века геодезист и горный инженер Уильям
Смит активно использовал окаменелости, чтобы установить связь между горными пластами
в разных местах. Он установил принцип последовательности фаун, согласно которому
каждый пласт осадочной породы содержит определенный тип окаменелостей, которые
следуют друг за другом в предсказуемом порядке даже в пластах, разделенных огромным
расстоянием.
Новый этап в развитии палеонтологии начинается с появлением в 1859 году
наиболее завершённой на тот момент теории эволюции Чарльза Дарвина, оказавшей
определяющее влияние на всё дальнейшее развитие естествознания. Современная
эволюционная палеонтология была основана Владимиром Ковалевским. Именно благодаря
исследованиям Ковалевского и его находкам дарвинизм приобрёл палеонтологически
обоснованную базу.
Условия существования на земле очень разнообразны и определяются факторами
как неорганического, так и органического порядка. К неорганическим факторам относятся:
температура, влажность, солёность воды, глубина бассейна, давление. К органическим
факторам относятся те взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой. Эти
взаимоотношения в первую очередь выражаются пищевыми связями. Каждый вид обладает
своим ареалом, занимая различные части земной поверхности. Все организмы на земле
живут сообществами, называемыми биоценозами. Организмы, входящие в состав
биоценоза, по-разному реагируют на колебания того или иного фактора среды – солёности,
температуры, давления. Одни могут существовать при широких колебаниях одного из
факторов среды и тогда прибавляется приставка «эври»; другие не переносят даже
незначительного изменения этого фактора и тогда прибавляется приставка «стено». Если
это глубина – эврибатный, стенобатный; солёность – эвригалинный, стеногалинный;
температура – эвритермный, стенотермный.
Аммониты – вымерший подкласс головоногих моллюсков, существовавших с девона по
мел. Свое название аммониты получили в честь древнеегипетского божества Амона со
спиральными рогами. Большинство аммонитов относится к экологической группе нектона,
то есть свободно плавающих в толще воды организмов. Некоторые гетероморфные формы
были представителями бентосного (донного) сообщества. Лучшими пловцами среди
аммонитов были формы с чётко выраженным килем. Многие палеонтологи считают, что
сложная лопастная линия — это приспособление к широкому распространению по
вертикали в толще воды (эврибатности), так как сложная лопастная линия имеет большую
площадь, лучше упрочняет раковину. Аммониты — крайне важная для стратиграфии
группа морских ископаемых. Эта группа важна для
определения относительного
геологического возраста осадочных горных пород и для расчленения отложений юрской и
меловой системы.
Наутилусы — род головоногих моллюсков. Это единственный современный род подкласса
наутилоидей и единственные среди современных головоногих, имеющие наружную
камерную раковину. Этот подкласс появился в кембрии, и в течение палеозоя был очень
разнообразным. Спиральная раковина диаметром 15—23 см разделена на 35—39 камер,
последовательно соединённых длинным сифоном. Моллюск живёт в передней, самой
большой камере. Раковина используется как поплавок и балласт. Нагнетая в камеры
раковины биогаз или откачивая его из них, наутилус способен всплывать к поверхности
воды или погружаться в её толщу.
Белемниты — представители отряда вымерших беспозвоночных животных класса
головоногих моллюсков, относятся к внутрираковинным головоногим моллюскам, так как
все части их раковины располагались внутри тела. Белемниты обитали с каменноугольного
по меловой период, наиболее широко распространились с триаса, вымерли в конце мезозоя.
Лучше всего в ископаемом состоянии сохраняется ростр белемнита — прочное коническое
образование, находившееся на заднем конце тела.
Брахиоподы — тип морских беспозвоночных животных. Известны с раннего кембрия;
наибольшего расцвета достигли в девоне. На рубеже раннего и позднего палеозоя часть
отрядов вымерла; в каменноугольном и пермском периодах господствовали отряды
продуктид и спириферид. После пермско-триасового вымирания сохранились 4 отряда,
дожившие до наших дней. Брахиоподы, благодаря богатству остатков и хорошей их
сохранности, — ценные индексные ископаемые для установления геологического возраста
содержащих их пластов и физико-географической обстановки, существовавших когда-то в
данной местности.
Морские ежи — класс иглокожих. В ископаемом состоянии известны с ордовика. Тело
морских ежей обычно почти сферическое, размером от 2—3 до 30 см; покрыто рядами
известковых пластинок. Пластинки, как правило, соединены неподвижно и образуют
плотный панцирь (скорлупу), не позволяющий ежу изменять форму.
Морские лилии — один из классов иглокожих. Ископаемые морские лилии известны с
нижнего ордовика. Наибольшего расцвета достигали в среднем палеозое, когда их
насчитывалось до 11 подклассов и свыше 5000 видов, но к концу пермского периода
большая их часть вымерла. Окаменелые остатки морских лилий относятся к одним из
наиболее распространённых ископаемых. Некоторые известняковые пласты, датируемые
палеозоем и мезозоем, почти полностью сложены из них. Ископаемые членики стеблей
криноидов, напоминающие зубчатые колёса, называются трохитами.
Двустворчатые или пластинчатожаберные моллюски – класс морских и пресноводных
малоподвижных моллюсков, тело которых уплощено с боков и заключено в раковину из
двух створок. Находки древнейших ископаемых двустворчатых моллюсков датируются
началом кембрийского периода, их возраст составляет более 500 млн. лет. Общее число
ныне живущих видов составляет приблизительно 9 200 (по другим данным, более 20
тысяч). Двустворчатые моллюски — класс беспозвоночных, исключительно водных и
встречающихся в пресных и солёных водах по всему миру. Большинство являются
бентосными организмами и живут, зарываясь в донные отложения или прикрепляясь к
подводным предметам. Створки раковины у двустворчатых моллюсков чаще симметричны.
Створки раковины соединены лигаментом — связкой, состоящей из утолщённого рогового
слоя раковины. Стенка раковины состоит из трёх слоёв: наружного конхиолинового
(периостракум),
внутреннего
известкового
(остракум)
и
нижнего
перламутрового
(гипостракум). Минеральный компонент раковины может быть представлен исключительно
кальцитом, как у устриц, или кальцитом и арагонитом. Иногда арагонит формирует также
перламутровый слой. У остальных моллюсков слои арагонита и кальцита чередуются.