Уникальные свойства «солнечного камня» янтаря

Летом 2009 года я отдыхал с родителями на базе отдыха недалеко от города Калининграда. Мы ездили на разные экскурсии, и темы многих из них были связаны с янтарём, так как это символ Калининградской области. Мы посетили поселок Янтарный, где находится один из больших карьеров по добыче янтаря-сырца, и Калининградский Музей янтаря. Экскурсоводы так интересно и увлекательно рассказывали об этом камне, что мне захотелось узнать о нём как можно больше. Поэтому объектом моей работы является янтарь, а предметом исследования – его необычные свойства. Я предположил, что янтарь обладает свойствами, отличающимися от свойств других камней.

ЧТО МЫ ЗНАЕМ О ЯНТАРЕ?

Происхождение янтаря – мифы и наука

Первое упоминание о янтаре относится к X в. до н. э. , оно обнаружено в клинописной надписи на обелиске, хранящемся ныне в Британском музее в Лондоне.

Каждое название янтаря отражает какое-либо из его свойств. Так, древние греки называли его «электрон» (от звезды Электра), римляне – «сукцинум» (сок), немцы – «бернштейн» (огненный камень), латыши – «дзинтарс» (защитник от болезней), в Италии – «амбра», во Франции – «амбре», в Англии и Америке – «эмбер». В древнерусских летописях смоляные камешки сначала назывались «алатырь» и «латырь», а с XVI века за ними закрепилось название «янтарь» («ентарь»).

Разные народы, пытаясь объяснить происхождение янтаря, слагали легенды. Древнеримский поэт Овидий рассказал легенду о Фаэтоне – сыне бога Солнца Гелиоса. У народов Прибалтики наиболее известными легендами являются литовская о морской царевне Юрате и рыбаке Каститисе и латышская о птице Гауе и охотнике Косо.

Среди ученых не было единодушия по этому вопросу. Одни считали янтарь неким веществом, которое образуется под действием солнечных лучей в иле, другие утверждали, что это продукт, образовавшийся из мочи рыси, рыбьего жира, китовой амбры или из слёз птиц. Позднее в I веке римский учёный Плиний Старший высказал предположение, что янтарь – это затвердевшая смола деревьев. Большинство авторитетных учёных придерживалось его теории. Но в XVI веке известный немецкий учёный Георг Агрикола пытался оспорить этот вывод, доказывая, что янтарь является битуминозным веществом, содержащимся в недрах Земли и затвердевшим на воздухе. Борьба двух теорий – растительного и неорганического происхождения янтаря – закончилась в XVIII веке, когда гениальный русский учёный М. В. Ломоносов в нескольких своих трудах доказал, что янтарь – это претерпевшая химические и физические изменения смола деревьев.

Сегодня общепризнано, что янтарь – это окаменевшая смола в основном хвойных деревьев, которые росли на обширных пространствах нашей планеты 38-120 млн. лет назад. Значительное потепление и увлажнение климата вызвало обильное смолотечение деревьев. Смола окислялась кислородом воздуха и в таком виде накапливалась в почве «янтарных лесов». Реки и ручьи постепенно вымывали затвердевшие комья смолы из земли и сносили их в море, а янтарь попадал в глинистый ил, называемый сейчас «голубой землёй».

Виды, цвета и формы янтаря

Разнообразие форм янтаря изучил отечественный учёный, исследователь ископаемых смол С. С. Савкевич. Он выяснил, что форма кусочка определяется тем, откуда истекала смола-живица. Это могло быть или внутри, или на поверхности ствола повреждённого дерева. При обильном выделении смола стекала в виде капель, сосулек, натёков.

Капли образовались при непрерывном иссечении живицы. Средний их диаметр – 2,5 см, но встречаются и размером с лимон. Сосульки в отличие от капель имеют вытянутую (до 5 см) длину и меньшую (до 2,5 см) ширину. Наствольные натёки имеют отдельные слои-чешуйки, а их форма указывает на толщину ствола или ветки, на которой настыла смола. Внутриствольные натёки образуются в полостях повреждённого дерева, имеют вид слегка изогнутых плиток длиной до 10 см и толщиной до 1,5 см.

Вес янтарных выделений может быть самым разным. В Калининградском Музее янтаря хранится уникальная находка весом 4280 граммов. Но крупные камни встречаются очень редко, более 90% добываемого янтаря считается мелким.

Снаружи янтарь нередко покрыт «рубашкой» - белёсой или красноватой шершавой корочкой. При полировке камня её снимают, и открывается истинный цвет янтаря. Природа одарила янтарь невероятным богатством красок. Чаще распространены медово- или лимонно-желтоватый, золотистый, оранжево-жёлтый цвета. Реже встречаются в природе тёмный янтарь (кофейного или вишнёво-красного цвета) и непрозрачный костяной (цвета слоновой кости). Очень редко можно увидеть голубоватую или зеленоватую разновидность этого самоцвета. Они являются самыми ценными.

В наши дни существует множество классификаций янтаря. В России в основу положена прозрачность камня, зависящая от наличия пузырьков в нём. По этому признаку различают пять основных типов: 1) прозрачный; 2) дымчатый; 3) бастардный – жёлтого цвета, средней прозрачности с тёмным оттенком и чёрными пятнами; 4) костяной – непрозрачный, цвета слоновой кости; 5) пеноянтарь – светлый, напоминающий застывшую пену. В других странах мира янтарю дают свои названия, в общей сложности названий янтаря известно свыше 30. Под именем «янтарь» скрывается одновременно множество янтареподобных ископаемых смол, а также похожих на него современных образований.

Янтарные инклюзы

Янтарь обладает удивительным свойством: в нём десятки миллионов лет сохраняются мелкие животные (особенно насекомые), а также растительные остатки, получившие название инклюзов, то есть включений. Заключённые в янтаре инклюзы придают ему особую научную ценность, ведь изучение таких камней помогает учёным восстановить облик Земли и её обитателей в далёкие от нас геологические эпохи. Немецкий философ Иммануил Кант, глядя на муху в янтаре, воскликнул: «О, если б ты, маленькая муха, могла говорить, насколько иным было бы всё наше знание о прошлом мира!».

Но инклюзы встречаются довольно редко - не более 10 % камня содержат включения, образующиеся исключительно в наружных выделениях живицы – сосульках и натёках.

Попадание и сохранение насекомого в янтаре было связано с размерами и вязкостью выделенной живицы. Прилипшие к её поверхности мухи, комары, муравьи, жуки, пауки заливались вторым и третьим натёком. Более крупные насекомые, не говоря уже о земноводных, вырывались из смоляного плена, оставляя некоторые части своего тела, чаще всего конечности. Такие инклюзы представляют большую редкость.

Физические и химические свойства янтаря. Его применение

Янтарь неоднороден по своему составу: основные его компоненты - углерод (примерно 78%), кислород (примерно 11%), водород (примерно 11%).

Если положить кусочек мутного янтаря под микроскоп, то мы увидим в нём множество пустот и газовых пузырьков. Чем меньше пузырьков в янтаре, тем он прозрачнее. Анализируя пузырьки газа, учёные узнают состав древней атмосферы нашей планеты.

Янтарь принадлежит к относительно мягким камням: его можно поцарапать ножом. Янтарь хрупок, легко разбивается от удара или при падении, но вместе с тем - пластичен. Благодаря этому качеству янтарь можно пилить, резать, сверлить, шлифовать, полировать.

Под действием воздуха, света и тепла янтарь постепенно темнеет и становится хрупким. Под действием ультрафиолетового излучения янтарь обладает эффектом свечения.

Янтарь является аморфным, т. е. не имеющим кристаллического строения, веществом. При нагревании он сначала размягчается, а затем плавится и загорается. Это свойство используют при таких обработках, как каление и прессование. При калении замутнённый янтарь становится прозрачным, а в процессе прессования мелкие кусочки янтаря при нагревании и давлении «свариваются» в сплошную массу. При неаккуратной работе она очень тёмная, в умелых же руках получается вещество, с трудом отличимое от природного янтаря. Янтарь хорошо горит коптящим пламенем и при сжигании источает смолистый аромат, что позволило жителям Русского Севера использовать камень во время богослужений вместо дорогостоящих восточных благовоний.

Еще в VII-VI в. в. до н. э. греческому философу Фалесу Милетскому была известна способность янтаря при трении притягивать мелкие легкие предметы (кусочки бумаги, ворсинки и т. п. ). Описывая в начале XVII века природу этого явления, английский учёный Вильям Гильберт назвал его электризацией. В начале XVIII века английский учёный Фрэнсис Гауксби обнаружил, что янтарь при трении о шерсть дает яркое свечение в вакууме.

В пресной воде янтарь тонет, но в концентрированном соляном растворе он всплывает. Это свойство позволяет легко выявить подделку. Важным является способность янтаря разбухать в воде, что замечено не только у измельчённого, но даже у прозрачного янтаря, не содержащего пустот. В кипящей воде янтарь размягчается при температуре 100оС.

Щёлочи и кислоты на янтарь почти не действуют. Поэтому янтарь используют для изготовления специальной посуды, устойчивой к действию кислот и щелочей, а также приборов и сосудов для переливания и хранения крови и некоторых инструментов. Но концентрированная серная кислота действует на янтарь, разъедая его поверхность. Частично янтарь растворяется в спирте, скипидаре, льняном масле.

Янтарь является хорошим диэлектриком (т. е. материалом, не проводящим электрический ток). Эти свойства позволили использовать его для производства изоляторов.

Из мелкого янтаря и отходов получают канифоль, масло, кислоту и полуфабрикат для изготовления особо прочного лака, который используется для покрытия мебели и музыкальных инструментов, при создании типографских красок. Янтарное масло необходимо для получения олифы. Янтарная кислота – наиболее ценный продукт переработки янтаря. Она используется для получения пластмасс, смол, лекарственных препаратов; стимулирует рост и повышает урожай растений и т. д.

Но наиболее известно применение янтаря в ювелирном и декоративно-прикладном искусстве. Из янтаря делают различные сувениры и украшения0. Подлинным шедевром камнерезного искусства является Янтарная комната.

Изучая литературу о янтаре и его свойствах, я понял, что люди обладают огромными знаниями о нём. Учёные используют в своих исследованиях янтаря как многовековой опыт, так и последние научные достижения. Вместе с тем этот камень до сих пор остаётся загадкой природы и вызывает восхищение своей красотой.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ ЯНТАРЯ

С янтарём можно провести интересные опыты, основанные на его физических и химических свойствах. Некоторые из них доступны только в лабораторных условиях (например, исследование свойства свечения янтаря при трении о шерсть в вакууме, растворение янтаря в концентрированной кислоте, каление и прессование янтаря и другие), но многие опыты на подтверждение его свойств можно провести и в домашних условиях.

Прочитав о физических и химических свойствах янтаря в различной литературе, я определил, какие опыты могу провести дома для того, чтобы сделать вывод о сходстве или различии свойств янтаря со свойствами других камней.

Как выглядит янтарь под микроскопом

Для проведения опыта я использовал микроскоп с увеличением в 30 раз и кусочки янтаря разного цвета и прозрачности.

В более мутных кусочках под микроскопом видно множество пузырьков. В более прозрачных кусочках встречаются отдельные пузырьки. Значит, чем больше пузырьков в янтаре, тем он мутнее.

Исследование твёрдости янтаря

Я взял кусочек янтаря и попробовал его поцарапать ножом. На кусочке остался чётко видимый след. Для сравнения я поскоблил ножом пластмассу и заметил следующую особенность. От янтаря соскоблилась мелкая крошка, в то время как от кусочка пластмассы – закрученная стружка. При сильном ударе об стол от кусочка янтаря отвалились мелкие частички (крошки).

Можно сделать вывод, что янтарь – хрупкий и достаточно мягкий материал, и его можно отличить от подделки из синтетических смол и пластмасс по виду крошки.

Воздействие на янтарь ультрафиолетовым излучением

Я поместил кусочки янтаря в прибор ультрафиолетового излучения, чтобы проверить, обладает янтарь эффектом свечения или нет.

Я убедился, что янтарь действительно светится под воздействием УФ-лучей.

Горение янтаря

Я взял небольшой кусочек янтаря и поднес его к огню зажигалки. Янтарь сначала оплавился, а потом загорелся. При горении стал выделяться чёрный дым и появился смолистый запах.

Следовательно, янтарь является горючим веществом, и подтверждается теория о том, что это окаменевшая смола.

Явление электризации янтаря

Довольно большой по величине образец янтаря я тщательно натёр о кошачью шёрстку (у нас есть кошка Чарли). Затем я поднёс его к заранее нарезанной кальке и мелким шерстяным ниточкам. Они притянулись к янтарю. Потом я поднёс янтарь к листу газеты, он остался лежать на месте.

Таким образом, янтарь обладает способностью электризоваться.

Поведение янтаря в воде

Для этого опыта я использовал обычную пресную воду и соль «Экстра». В приготовленный стакан с пресной водой я положил кусочек янтаря. Янтарь опустился на дно стакана. Затем, помешивая, я стал растворять в воде соль. Когда количество растворённой соли достигло примерно двух чайных ложек, кусочек янтаря поднялся на поверхность воды.

Опыт подтвердил, что янтарь – очень лёгкий камень и всплывает в концентрированном соляном растворе.

Действие на янтарь некоторых химических веществ

Я выбрал четыре примерно одинаковых кусочка янтаря и с помощью родителей поместил их в пробирки со следующими жидкостями:

1) спирт 95 %,

2) соляная кислота 12 %,

3) муравьиная кислота,

4) уксусная кислота 70 %.

Я обратил внимание, что в трёх пробирках кусочки янтаря упали на дно пробирки, а в пробирке с муравьиной кислотой янтарь поднялся на поверхность жидкости. Поведение янтаря в этой пробирке похоже на поведение в концентрированном соляном растворе.

Через десять часов мы промыли образцы янтаря чистой водой, и я рассмотрел их в микроскоп. Заметных изменений не наблюдалось. Значит, эти химические вещества на янтарь не действуют.

В результате проведённых опытов я сделал вывод, что янтарь действительно обладает физическими и химическими свойствами, отличными от свойств других камней: в нём есть газовые пузырьки; он довольно мягкий и хрупкий; янтарь светится в ультрафиолете; плавится под воздействием огня, горит, выделяет смолистый запах; легко электризуется; всплывает в соленой воде. Общее с камнями то, что янтарь устойчив к воздействию химических веществ.

Первое упоминание о янтаре относится к X в. до н. э. Камень у разных народов назывался по-разному, однако каждое название янтаря отражает какое-либо из его свойств.

Таинственная красота и не совсем обычные свойства янтаря нашли отражение в легендах и сказаниях. Сегодня тайна происхождения янтаря раскрыта: общепризнано, что янтарь – это окаменевшая смола в основном хвойных деревьев, которые росли на обширных пространствах нашей планеты 38-120 млн. лет назад.

Разнообразие форм янтаря определяется тем, откуда истекала смола-живица. При обильном выделении смола стекала в виде капель, сосулек, натёков. При этом вес янтарных выделений мог быть самым разным. Разнообразна и цветовая гамма янтаря.

В наши дни существует множество классификаций янтаря. В России в основу положена прозрачность камня, зависящая от наличия пузырьков в нём.

В янтаре встречаются включения – инклюзы. Они придают ему особую научную ценность, ведь изучение таких камней помогает учёным восстановить облик Земли и её обитателей в далёкие от нас геологические эпохи.

Янтарь и продукты его переработки широко используются в промышленности и сельском хозяйстве. Сам «солнечный камень» используется в ювелирном и декоративно-прикладном искусстве.

Янтарь обладает необычными физическими и химическими свойствами. Например, я выяснил, что степень прозрачности янтаря зависит от количества находящихся в нём газовых пузырьков. Чем их меньше, тем камень прозрачнее (опыт № 1). Янтарь – относительно мягкий и хрупкий камень. Я подтвердил это результатами опыта № 2. Под действием ультрафиолетового излучения обладает эффектом свечения (опыт № 3). При нагревании он сначала размягчается, а затем плавится и загорается, источая смолистый запах (опыт № 4). С древности известна способность янтаря при трении притягивать мелкие легкие предметы – электризоваться (опыт № 5). В пресной воде янтарь тонет, но в концентрированном соляном растворе он всплывает (опыт № 6). Важным является способность янтаря разбухать в воде. Но щёлочи и кислоты на янтарь почти не действуют (опыт № 7).

Те свойства, которые мы наблюдали у янтаря, мы не увидим у обычных камней. В этом заключается уникальность «солнечного камня».

В будущем мне бы хотелось собрать свою коллекцию различных видов янтаря и сравнить мои образцы с общепринятыми классификациями.