PDF《科别：地球科学科》

科别:地球科学科组别:国小组作品名称:大社观音山石膏发现之旅 关键词: 海百合化石 、 石膏 、 结晶 编号:080505 学校名称: 高雄市楠梓区援中国民小学 作者姓名: 张棋涵 指导老师: 吴锦松、洪国栋

1 大社观音山石膏发现之旅 摘要 本研究从在高雄大社观音山发现不知名结晶物体,经过观察、实验、参考文献、比对和推 测得知,发现的物体是石膏,而不是海百合化石.

经显微镜观察结晶实验所得的石膏晶体,发现与标本有相似的平行条纹结构和晶体发育 情况. 探讨石膏形成原因,是由出土处紧邻的岩层密布贝类化石提供石膏成份中「钙」的来源;

另於附近也发现氧化铁、硫磺,研判它们分别是由河水中的黄铁矿、硫化氢风化产生,这过 程同时提供了石膏(硫酸钙)的成份「硫酸根离子或硫酸氢根离子」的来源;

硫酸氢根离子 或硫酸根离子和钙离子化合成硫酸钙溶液;

推测当时观音山地区出现高温、少雨的气候,使 硫酸钙溶液过饱和而结晶成石膏.而晶体出土处的古环境、古气候仍有待进一步探讨. 关键词:海百合化石、石膏、结晶

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一、研究动机: (这篇研究报告原是我的暑假作业,再经深入研究的结果.研究时间 90.08~91.05) 一天早上,爸妈心血来潮,带我去观音山(如图一) [5] 寻幽访胜,无意中发现地上有 闪闪发亮的东西,后来在附近的山坡上又陆陆续续发现到更多、更大的(如照片一) ,把 滚下山坡的捡拾起来,拼凑后就像一朵花(如照片二) 、或像花梗(如照片三)一样的晶 体,形状有点像我小时候在甲仙化石馆所看到的海百合化石(如照片四,右方化石) ,这 真是太有趣了,莫非它们真的就是海百合化石?我们发现『宝』了吗?我想研究一下怎 麽在这个不起眼的地方能找到这种神奇的东西.

二、研究目的:

(一)它真的是海百合化石吗?

(二)它的成份是什麽?到底是什麽矿物?

(三)它为什麽会在这里出现? z5{

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三、研究器材:

(一)烧石膏粉、石膏粉、硫酸铜

(二) 烧杯、搅拌棒、天秤、酒精灯、刮勺、温度 计、稀盐酸

(三) Nikon FM2 相机、Nikon60 L镜头、柯达 ASA400 彩色底片

(四)GPS12 卫星定位仪、量角器

(五) 「高雄」地质图、大都会高雄地图

(六)倾斜仪、榔头

(七)10X 放大镜、立体显微镜

(八)方解石、石膏标本

四、初步研究

(一) 野外采标本:把标本浸水、洗刷,按发现时 的状况、边缘形状黏合,并拍照,如照片

二、

三、五~十六.

(二) 初步鉴定,是否为方解石及海百合:由照片

二、

三、五 ~十六来看,我以为它们是海百合结晶成方解石,因此要确 定它是不是方解石?它是不是海百合化石? 1. 查化石和矿物的书 [6][8][11] ,把标本与各参考用书内的图做 比对. 2. 上网查海百合化石的资料 [13] ,将图和标本做比对. 3. 测试标本的硬度,如果是方解石的话,硬度是 3,会比 一元硬币软,比指甲硬. 4. 滴稀盐酸在较丑的标本上,看会不会 剧烈起泡?如果有剧烈起泡(是CO2 的气泡,如下式)才是方解石. 照片二 照片三 照片四 照片一

4 CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2(g) 照片十 照片九 照片五 照片八 照片七 照片六 照片十一 照片十二

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五、研究结果与讨论

(一) 标本像海百合化石: 对照 古生物学教程 [4] ,海百合的介绍图,发现和我们所捡到的标本有点像, 有的标本像海百合从上面被正面压著沉积(如照片

八、

九、

十、十

三、十四) ,有的 像从侧面被压沉积(如照片一 ~

三、

七、

八、十

一、十

二、十

五、十六) . 大多数海百合生存在

5 亿年到

2 亿2千5百万年前,石莲在

2 亿2千5百万年~1 亿9千5百万年前,现今海洋也有

700 多种海百合存在,其中以关节海百合较多 [4] , 不过我的标本不像书中所画的关节海百合,那麽,我的标本还是海百合化石吗?

(二) 比对文献,标本应是石膏: 偶然的从 地球科学园地 杂志 [7] ,看到 恒春纵谷之旅 的图(如图二) ,和我 照片十一 照片十四 照片十三 照片十五 照片十六(是照片十五的背面)

6 的标本 (照片十三) 长得这麽 相像 , 可是图旁的说明介绍它 是石膏! 查 岩石与矿物图鉴 [3] ,方解石和石膏的图(如图 三) ,我觉得标本比较像石膏 (照片五~

八、

十、十

三、十四) . 有几颗标本(照片五~

十、十

二、十

五、十六)和 MANUAL OF MINERALOGY [11] FIGS. 10.36 Gypsum crystals 的石膏图(图四)一样. 翻到 化石图鉴 [6] 的海百合图(如图五) ,看看我的标本,再看看书上的图片, 我觉得标本并不像海百合,而比较像石膏.

(三) 网路资 讯倾向石 膏: 从网路 (如图

六、 七,石膏的 图) z12{ 来看,我的标本(照片

五、

六、九~十

一、十四)还是比 较像石膏. 图二 图三 图四 图五:海百合化石 图六 图七

7 难道我的标本是海百合结晶成石膏吗? 我必须再度以矿物的物理性质来确定它是不是石膏?

(四)物理、化学实验都倾向石膏: 1. 硬度试验:以一元硬币刻划标本,标本受伤了;

再以指甲刻划标本,标本也受伤, 所以它的硬度大约是 2(滑石硬度 1,石膏硬度 2,方解石硬度 3) . 2. 化学实验:滴稀盐酸的试验:标本不起泡,显示不是方解石. 3. 光学试验:把方解石晶体放在直线上,一条线变成两条线,方解石有双折射性 [9] ;

但我的标本放在直线上,一条线没有变成两条线,没有双折射性. 从上述硬度与滴稀盐酸和折射实验、跟书与网路上的图对照,我可以确定:它不 是方解石,而是石膏.接下来要确定它是不是海百合结晶成石膏?

(五)不是海百合化石: 把标本和书与网路上的许多海百合化石图仔细比对后,越来越发现它的形状与海 百合化石有很大的差异;

更何况,标本出土处再三以卫星定位仪测定位置、并以倾 斜仪来测量岩层走向与倾斜,走向(平均约 N40°E) 、倾斜(平均约 ES48°) 、对照「高雄」地质图后,确定该处岩层是上新世(约200 万年前)的南势仑砂岩层(表一)[10] ,因此那里应该不会有约

1 亿9千5百万年前的石莲海百合化石,那我的标 本更不可能是由海百合结晶成石膏罗!由此可知,它纯粹是石膏的晶体!

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(六)结晶实验: 石膏的成份是含水的硫酸钙,化学式为 CaSO4.2H2O z8{z11{ ,於是我尝试复制结 晶过程. 起先,误买回 烧石膏粉 ,做下列步骤的实验,结果烧石膏粉完全沉淀於烧杯 底部,看不出晶体的形状,就像用来画画的石膏模型.查书后才知道, 烧石膏粉 和 石膏粉 不同,应该买 石膏粉 才对.实验过程如下: 1. 把石膏粉调成 250ml 过饱和溶液. (1)以逆渗透的水,先烧开,分别将开水倒入两个烧杯,每个烧杯 250ml,用酒精灯 加热使水温不下降,总共加入 1g 的石膏粉,但杯底还剩下一些未溶解的,所以 250ml 的开水所能溶解的石膏粉不到 1g,可见烧杯内已经是过饱和溶液了. (2) 把250ml 逆渗透水烧到 50℃,只能加入约 0.5g,而杯底还剩下一些些未溶解的, 由此可知石膏粉的溶解度非常低(1以下) . 使用热水来做溶液的说明:根 矿物学 [11] 书上写: 『石膏沉积时海水温度 z1{

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