Изготовление и использование объемных макетов формирования рельефа при изучении основ геологии

Геология – наука, изучающая состав, строение и историю Земли, закономерности и процессы формирования земной коры, слагающих ее горных пород и их взаимные отношения, а также историю развития жизни на земле [3]. Именно геология является той областью естественнонаучных знаний, которая связывает воедино отдельные картины и явления Природы и Мира, целостного восприятия и понимания которых нет без общих геологических знаний [2].

Такие знания учащиеся получают в ходе обучения в школе в первую очередь при изучении следующих предметов и программ:

• окружающий мир (природоведение) – общая информация о строении Земли и рельефообразовании; характеристика некоторых распространенных горных пород и минералов; общее представление о процессе выветривания и его роли в формировании рельефа;

• физическая география – расширение информации о строении Земли; расположение и общая характеристика некоторых конкретных географических объектов; районы добычи полезных ископаемых;

• неорганическая химия – горные породы и минералы как химическое сырье, основные районы их залегания, некоторые признаки и свойства;

• общая биология – геохронологическая летопись Земли и некоторые сопутствующие знания;

• а также в значительно меньшей мере – в курсах экономической географии, физики, астрономии.

Такой подход – интеграция геологических знаний в программы предметов школьного курса – полностью оправдан. Но, тем не менее, общий объем полученных школьником геологических знаний явно недостаточен.

Так, не смотря на наличие некоторых знаний о формировании рельефа и его последующем развитии, ребенок так и не получает четкого представления о причинах, закономерностях и направлениях развития данных процессов; не способен выявить факторы и явления, ведущие к образованию тех или иных горных пород, а также идентифицировать их; объяснить процессы, формирующие рельеф как обширных территорий, так и конкретных геологических объектов. Т.е. знания, получаемые учащимися в школе, по большей части сугубо теоретические и не применимы в деятельности.

Проблему недостатка практически значимых знаний, а также обобщения, систематизации и структуризации ранее изученного материала наиболее удобно решать через программу сжатого элективного курса различного содержания. Автором настоящей разработки уже ряд лет реализуется программа элективного курса «Введение в геологию» (авторская на стадии апробации); блок тем «Геология» является важной частью программы объединения «Экология и туризм » Городского детского эколого-биологического Центра.

Содержание знаний по теме «Геология», особенности подхода к ее изучению и исследованию во многом потребовали от автора нового, нетрадиционного, собственного подхода. Так стремление доходчиво, понятно и с максимальным охватом представить материалы по теме «Формирование рельефа поверхности Земли и трансформирующие факторы» потребовало от автора создания целой серии объемных макетов-трансформеров, изготовлению, использованию и значению которых для образовательного процесса посвящена настоящая разработка.

…Вряд ли стоит говорить о значении наглядности в образовательном процессе. Лучше отмечу, что в области геологических знаний, столь важных, на мой взгляд, для исследователя природы, вся наглядность во многих школах – немногочисленные рисунки и фотографии учебника да, возможно, чудом сохранившиеся древние наборы геологических образцов Главучтехпрома и пластмассовые объемные «Формы рельефа». Как раз с камнями дело обстоит проще – научить с помощью элементарного оборудования и небольшого набора приемов определять наиболее характерные для данной местности горные породы и минералы в кабинете и поле достаточно несложно [4]. А что по настоящему непросто, но необходимо показать и объяснить – доходчиво, четко, логично выстроено и объемно – так это пути формирования исходного рельефа (обобщенно – горообразование) и многообразие вариантов и путей его дальнейшего развития (формирование рельефа).

С этой целью нами (мною и воспитанниками) создавалась серия макетов по геологическому формированию рельефа. Всего в настоящий момент нами активно используется 4 макета, два из которых в настоящей разработке мы рассмотрим детально. Один из них используется при изучении материала по темам «Выветривание» и «Формы рельефа» и представляет собой небольшой лоток со сформированным на нем с помощью песка и обломков породы (типичные для изучаемой местности образцы метаморфических и магматических горных пород – будущие «останцы») образа «холмисто-увалистой местности» (подробнее – ниже). Второй макет посвящен в первую очередь теме «Рельефоформирующая деятельность ледников», имеющей большое значение для понимания процессов рельефообразования, но отсутствующей в школьном курсе – за исключение двух-трех фраз, пожалуй. Макет выполнен в большей части в технике папье-маше и представляет образ узла достаточно типичного горного района – с пиками, цирками, ледниками, горными озерами – трансформирующимися друг в друга согласно реально возможным картинам формирования рельефа, а также согласно желаниям человека, работающего с макетом (см. ниже).

Подробнее остановимся на технологии изготовления описанных макетов.

Макет «Выветривание». Как основа нами используется обыкновенный поднос размером ок. 40х50 см, хотя фактические его размеры реального значения не имеют. Единственно, желательно иметь в этом качестве нечто с бортиками – чтобы меньше песка попадало при работе на стол и на пол.

…С учетом очертаний будущих увалов мы располагаем на лотке две-три глыбы – куски сланца на «отрогах» и куски гранита либо базальта – на «вершине». Сами камни (выветрелые, «с возрастом») были собраны нами в ходе полевых выходов на хр. Большой Хехцир (изучаемый географический объект), и их расположение на макете (отрог, вершина) соответствует реальным вероятным местам залегания соответствующих горных пород на имитируемой нами местности.

С помощью просеянного песка формируем контур «хребта», скрыв под ним камни. Контур «хребта» создается, ориентируясь по фотографиям с достаточно высокой степенью схожести – с округлыми формами склонов, долинами ручьев, т.п.

Дальнейший процесс имитации «выветривания» осуществляется клеевой кистью, пульверизатором и водой. Итого, материалы и оборудование для изготовления и использования макета: лоток с бортиками (либо поднос, противень), 2-3 каменных глыбы (сланец, базальт либо гранодиорит), песок (не мелкий) в достаточном количестве (нам понадобилось около 5 кг), клеевая кисть, достаточно мощный пульверизатор.

Макет «Рельефоформирующая деятельность ледников» изготавливался целым коллективом в лице педагога и воспитанников. Будущий контур «гор» был навеян фотографиями пиков хр. Кодар (Читинская область). Изготовление макета включает ряд стадий:

- На поддоне достаточного размера из кусков намоченной и скомканной газеты формируется прообраз «горы» - достаточно «потрепанной» ледниками и выветриванием, т.е. уже на достаточно зрелой стадии;

- «Гора» накрывается слоем полиэтилена – для предотвращения приклеивания на следующей стадии папье-маше к основе. Далее: слой папье-маше – слой ткани («армирование» конструкции) – слой папье-маше – слой ткани – два слоя папье-маше. За счет такой многослойности макет получается достаточно жестким; при этом мы обладаем возможностью докорректировать его формы и контуры, создать «микрорельеф»;

- Подсохшую «гору» снимаем с основы, доклеиваем низ и бока из гофрокартона и слоя бумаги поверх него. Получаем достаточно наглядный «фрагмент горного узла»

- Поверх полученного макета натягиваем и закрепляем булавками слой ткани, придав ему форму некоей «исходной горы», ее «неизъеденного» варианта. В соответствии с тем, как это реально выглядит в горной местности, подготавливаем ложбины – места формирования будущих «ледников»;

- Закрепленная ткань оклеивается в той же технике. Высохший «колпак» снимается для дальнейшей обработки;

- Окраска. Цвета подбирались по фото, учтены разница в окраске осыпей, скальных выходов, зон активного выветривания. Мы применили два способа – на «основной горе» окраска гуашью производилась прямо поверх папье-маше; «верхняя гора» окрашивалась поверх слоя присыпки, сделанной манкой на слой клея ПВА (не совсем удачная попытка сымитировать шершавость реального рельефа; вскоре манка рассохлась и потрескалась). Рекомендуем первый способ;

- Отдельно из гофрокартона изготовлен набор «горных озер» разного размера, «снежников» и «ледников» – больших, маленьких, долинных (с языком), каровых (не имеют языка, располагаются в чашеобразных углублениях – карах) – всего более десятка предметов. Они также покрашены в соответствующие цвета; на «ледники» нанесены «морены» (скопления обломков – продуктов выветривания, попавших на ледник).

Итого, материалы и оборудование: лоток, газеты (достаточно одного газетного еженедельника), полиэтилен, ткань х/б, гуашевые краски (белая, синяя, коричневая, зеленая, их смеси), кисть, гофрокартон, бумага писчая или т.п., булавки. И воображение.

ПРИМЕНЕНИЕ МАКЕТОВ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ.

Излагаемый педагогом теоретический материал, сопровождаемый работой с макетами, а также использованием фото- и видеонаглядности, его объем и содержание могут варьировать в значительных пределах; в своих занятиях я учитываю и возраст участников процесса, и их возможности, уровень исходной подготовки, а также то, какие природные объекты станут в ближайшем будущем полигоном для проведения наших полевых выходов и экспедиций. Соответственно и макеты могут применяться в разных аудиториях по-разному.

Чтобы облегчить читателю процесс знакомства со способами и порядком применения макетов на занятии, настоящую часть методической разработки я представил в виде тезисов лекционных материалов по теме «Разрушение горных пород, Формирование и сглаживание рельефа» из «Горообразования и горного рельефа» А.А. Алексеева [1]. Текст (приведен курсивом) передает основное содержание темы; основным текстом, в виде отдельных вставок, я расскажу собственно о работе с макетами; рисунки и фотографии дополнят изложение.

…Сразу же за формированием гор, а иногда и одновременно с ним, начинается разрушение горных пород и изменение рельефа. Этот процесс называется денудацией. Немного о масштабах денудации: ежегодно в моря и океаны смывается 12,5 миллиардов тонн нерастворимых и 5 миллиардов тонн растворимых продуктов разрушения горных пород. …В результате, всего за... 2 миллиона лет горы теряют 1 километр высоты. ...При этом горные массивы становятся легче и постепенно «всплывают» из мантии, частично компенсируя потери. …В недалеком геологическом прошлом в два раз выше были Уральские горы, а равнинные части Крыма скрывают под наносами остатки гор, возникших 25 миллионов лет назад.

Внешние проявления химического и физического выветривания можно продемонстрировать на примерах образцов геологических коллекций, фотографиях природных объектов (обратив внимание на разницу в окраске «старых» и «более молодых» выходов).

Результатом эрозии на равнинах становятся овраги, а в горах, на крутых склонах—кулуары—долины горных ручьев. Обычно кулуары остаются сухими и служат путями схода камнепадов. Во время дождя и таяния снега они наполняются водой, и снос обломков резко возрастает. Зимой кулуары становятся путями схода снежных лавин...

Изложение вышесказанного мы можем сопровождать демонстрацией сути явлений на макете «Выветривание». Подготовленный макет скрывает под слоем песка каменные глыбы. Рассказав о выветривании, надо подчеркнуть, что его результатом является образование отдельных фрагментов породы. В нашем случае это верхний слой песка. «Эрозионными процессами» «выветрелая порода» постепенно выносится вниз, в «долины». Порядок «эрозионных» действий следующий: сначала грубо, кистью, сметаем сверху (участки рельефа, наиболее подверженные выветриванию) какое-то количество песка. Струей воздуха из пульверизатора обдуваем макет, дополняя процесс «выноса», попутно сглаживая очертания макета. Манипуляции требуют некоторой наработки. При наличии навыка можно с помощью того же пульверизатора использовать воду – по склонам побегут «ручьи».

Со временем из песка начнут выступать вершины камней – идет образование «останцев», более стойких к выветриванию (подчеркнем для воспитанников различную устойчивость разных горных пород к выветриванию).

Наш «обломочный материал» также окажется в «долине». Склоны «увалов» макета становятся в процессе несколько круче, «долины» – шире и положе.

Как же образуется лед? Снег попадает на дно долин в виде твердых осадков, либо сносится туда лавинами. На плоских и вогнутых частях склонов снег может скапливаться многие сотни лет.

На макете «Рельефоформирующая деятельность ледников» («неизъеденный» вариант, накрытый верхним «колпаком») можно рассказать об экспозиции и форме склона, предположить и с помощью накладок-«снежников» изобразить места наиболее массового скопления снега.

Под воздействием солнца и ветра он (снег – прим.) преобразуется в фирн. Фирном называется снег, имеющий зернистую структуру и возраст более года... Зерна фирна постепенно растут, достигая величины от 5 до 100 миллиметров.

Под давлением толщи фирна, нижние слои белого фирнового льда превращаются в голубой глетчерный лед. …Благодаря пластичности нижние слои льда выдавливаются верхними, и они начинают течь. ...Направление его течения зависит от рельефа местности. Для того, чтобы лед начал течь по пологой поверхности, необходим вес шестидесятиметровой толщи льда. Однако, если уклон долины значителен, лед течет и при меньшем давлении. При крутизне 40—45° для этого достаточно всего двухметровой толщи. Заменив «снежник» на «ледник», покажем это на макете.

У ледника различают зону питания, или фирновый бассейн, где собираются основные массы снега, и зону стока - язык ледника... Все это покажем на макете на нашем «леднике».

По мере течения вниз по долине, лед тает, и, наконец, на некоторой высоте количество притекающего льда становится равным количеству тающего. Здесь язык ледника кончается. Если количество осадков постоянно, ледник занимает стационарное положение. Если оно увеличивается - ледник наступает, пока вновь не придет в равновесие. …Когда климат теплеет и количество твердых осадков сокращается, линия равновесия поднимается выше по долине... «Вытекающий» за пределы макета «ледник» сменяет новый, меньших размеров, стационарный.

Снимаем верхнюю часть макета, укладываем во впадины «большой ледник». Объясняем образование цирка: на границе стыка «лед-камень» скалы, нагревающиеся лучше льда, растапливают края ледника. Вода просачивается в щели, где вновь замерзает (процесс подчинен в первую очередь суточным, а также сезонным колебаниям температур) – идет физическое выветривание. Ледник, стекая, уносит обломки породы, все сильнее подгрызая склоны цирка.

…Подтачивая основания склонов, ледник ускоряет их обрушение, внедряется в скальный массив. Стенки ложа ледника становятся круче и начинают отодвигаться вглубь горного массива. При формировании двух «пятящихся» навстречу друг другу цирков гребень хребта понижается, образуя седловину. С самых высоких частей горного хребта ледники растекаются в разные стороны, а цирки, образующиеся на склонах, расширяясь, создают остроконечные пирамидальные вершины — хорны. Примером могут служить вершины Маттерхорн в Альпах или Ушба на Кавказе. Высочайшая вершина планеты – Джомолунгма (Эверест) – типичный хорн, остаток более значительной горы, «съеденной» ледниками.

...Скопление обломков - продуктов выветривания, попавших на ледник со склонов и дна долины, переносимых ледником, - называется мореной. ...Основной материал, из которого слагаются морены - окатанные обломки (валуны), песок разной крупности, гравий, щебень, моренные глины и суглинки, образующиеся при перетирании горных пород ледником... Т.е это те самые обломки породы, «выеденные» ледником при образовании цирка.

...Разновидностями поверхностной морены являются срединная, боковая и плащевая морены. Боковые движущиеся морены питаются за счет разрушения бортов ледникового ложа и обвалов со склонов. Срединные морены образуются из боковых в местах слияния ветвей ледника. Поверхностные, плащевые морены формируются в зоне питания ледника за счет обломков, сносимых на ледник лавинами... На одном из «ледников» мы уже нарисовали «морены» - боковые и срединные.

…Итак, ледник отступает. Конечная морена образует вал, который вместе со слонами цирка образует оправу «горного озера» - жемчужины гор….

Применение макетов, наглядных, объемных, и главное – легко трансформируемых согласно желанию педагога в соответствии с содержанием конкретного материала, позволяет сделать освещение и изучение на первый взгляд достаточно непростой темы формирования и трансформации рельефа доступным и, замечу также, увлекательным действием. А самостоятельное участие воспитанников в подготовке и изготовлении макетов, а также работе с ними не только гораздо глубже отложится в душе в виде знаний. Творчество, воображение, умение анализировать и предугадывать – все это есть в нашей деятельности. Сначала в кабинете. Затем – далеко за его пределами...

1. Алексеев А. А. Горообразование и горный рельеф (пособие для инструкторов и преподавателей туризма), издание второе. – М., 2002 г. – 40 с.
2. Добровольский В. В. Геология. – М.: Владос, 2001 г.
3. Курс общей геологии (Под научной руководством В. И. Серпухова). – М.: Госгеолтехиздат, 1960 г.
4. Музафаров В.Г. Определитель минералов, горных пород и окаменелостей. – М., 1979 г.