Евсеева Екатерина Андреевна
Глава 1. История создания искусственных органов и развитие современной биологической науки в данном направлении
Глава 2. Современные искусственные органы, материалы для их создания
Глава 3. Отношение общественности к искусственным органам
Глава 4. Практическая значимость искусственных органов и тенденция развития российской науки в данном направлении
«Искусственные части моего тела послушны, они могут принимать любую форму, любую функцию, создавать структуры, которые могут выходить за пределы биологических возможностей», - подчеркнул г-н. Теперь вы можете отрегулировать свой рост и подняться по вертикальным ледяным стенам, поставив протезные ноги, которые несут гвозди. «Я вернулся к спорту сильнее; Технология устранила мою инвалидность и позволила мне приобрести новые навыки».
Человеческое тело как источник вдохновения. Танцовщица собиралась отказаться от своей профессии, потеряв левую ногу во время взрыва, но благодаря технологии, разработанной г-ном и его группой смог возобновить его. Ваши протезные суставы запрограммированы на напряжение и гибкость, когда вам это нужно. Таким образом, когда вы думаете о перемещении ноги, роботизированная система позволяет вам делать это, как если бы это была плоть и кровь.
Муниципальное общеобразовательное учреждение -Средняя общеобразовательная школа № 3 г. Аткарска
Автор: Евсеева Екатерина учащаяся 11 класса
средней общеобразовательной школы № 3 г. Аткарска
Научный руководитель: Кузнецова Наталья Владимировна учитель биологии и химии общеобразовательной школы № 3 г. Аткарска
Аткарск 2012
или
Лечить
заменить орган? Выяснить, кода появились первые попытки воссоздания человеческих органов. Рассказать о современных искусственных органах.Показать «плюсы» и «минусы» искусственных органов. Раскрыть принцип практического применения искусственных органов. Провести социологические опросы и выявить отношение современных людей к внедрению в организм искусственных органов. Выявить тенденции развития биологической науки в направлении создании искусственных органов в России.
Разработка приборов, способных брать на себя функции органов человеческого тела - одно из передовых направлений современной медицины.
История развития искусственных органов насчитывает не один десяток лет. Создать «запасные части» - заменители естественных органов - люди стремились уже с давних времен.
Первые научные разработки в данной области относятся к 1925, когда С. Брюхоненко и С. Чечулин (советские ученые) провели опыт со стационарным аппаратом, способным заменить сердце
Рисунок 2.Брюхоненко Сергей Сергеевич
1925 год принято считать началом отсчета в истории разработок искусственных органов.
В 1936 году ученый С. Брюхоненко самостоятельно разрабатывает оксигенатор – аппарат заменяющий функцию легких.
В начале 1937 г. В. Демихов кустарно изготавливает первый образец имплантируемого сердца и испытывает его на собаке.
В 1943 году нидерландский ученый В. Кольф разрабатывает первый аппарат гемодиализа, то есть, первую искусственную почку.
В 1953 г. Дж. Гиббон, ученый из Соединенных штатов, при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие.
В 1969 Д. Лиотта и Д. Кули впервые испытывают в теле человека имплантируемое искусственное сердце.
В 2007 поставлен рекорд по продолжительности жизни пациента с полностью искусственными (но стационарными) лёгкими: 117 дней.
В 2008 врачи впервые в истории поддерживают жизнедеятельность пациента с одновременным искусственным восполнением функции сердца и лёгких в течение 16 дней в ожидании донорского сердца.
Современная биологическая индустрия достигла своего пика. Появляются все новые и новые аппараты и приборы, на разработки которых уходит не десятки лет, а месяцы. Если раньше создание киборгов, было только сказкой, то современные изобретения позволяют в этом усомниться.
Профессор Университета Южной Каролины после длительных исследований создал чип, способный заменить гиппокампус - часть мозга, ответственную за кратковременную память, а также ориентацию в пространстве.
Немецким ученым из Института биохимии имени Макса Планка после длительных исследований удалось совместить живые клетки головного мозга с полупроводниковым чипом.
А калифорнийской компанией Neuropace был разработан электростимулирующий прибор для эпилептиков, названный «нейростимулятором ответных реакций»
Группа специалистов консорциума Bionic Vision Australia презентовали свой бионический глаз в Университете Мельбурна
А вот подход британцев, разработавших технологию BrainPort, принципиально отличается от всех вышеописанных в части метода передачи информации.
Первая группа – лица от 16 до 25 лет. Вторая группа – от 26 до 45 лет. Количество участников в каждой группе 30 человек. Опрос состоял из следующих вопросов: Как вы относитесь к искусственным органам? Считаете ли вы, что искусственные органы способны продлить жизнь человеку? Как бы вы ответили на вопрос: «Лечить или заменить орган»?
Разработка и создание искусственных органов в ведущих западных странах относится к главным государственным программам.
Все эти годы работы по созданию и клиническому применению искусственных органов в ведущих странах и, в особенности, в России не только не прекращались, но обеспечивались приоритетным финансированием. Сегодня это направление объединяет последние мировые медико-биологические и технические разработки и технологии, в том числе, с привлечением к их созданию новейших достижений военно-промышленного комплекса. Стимулом являются невероятные рыночные прибыли и неограниченная востребованность разработок на медицинском рынке. К основным медицинским направлениям, для которых осуществляются разработки, являются сердечно - сосудистые заболевания, сахарный диабет, онкология, травматология.
заменить орган?
или
Лечить
Я считаю, что в будущем человечество либо усовершенствует ныне существующие органы, либо найдет альтернативный путь решения этой проблемы. И кто знает, может, к концу 21 века люди будут иметь неограниченные возможности, и киборги станут не сказкой, а самой настоящей реальностью. Задачи, поставленные мной в начале проекта, достигнуты. Открыто новое научное знание. Получены практические, полезные результаты. Данный проект может быть применен при проведении уроков, семинаров, в качестве учебного пособия.
Вывод:
Список используемой литературы: Брюхоненко С.С., Чечулин С.И. (1926), Опыты по изолированию головы собаки (с демонстрацией прибора) // Труды II Всесоюзного съезда физиологов. - Л.: Главнаука.Демихов В.П. (1960), Пересадка жизненно важных органов в эксперименте. - М.: МедгизГришманов В.Ю., Лебединский К.М. (2000). Искусственное питание: концепции и возможности // Мир Медицины (3-4). Шутов ЕВ (2010). Перитонеальный диализ – М.http://ru.wikipedia.org/wikihttp://medi.ru/doc/http://itc.ua/articles/iskusstvennye_organy_na_puti_k_kiborgamhttp://novostinauki.ru/news/19118/
Эдуардо Фернандес, профессор и исследователь по биоинженерии в Университете Мигеля Эрнандес в Эльче, объясняет, что как в электронных устройствах, так и в биологических системах генерируемые сигналы схожи. «В клетках движутся ионы ионов, а в схемах электроны транспортируются, но в обоих случаях они являются электрическими импульсами». Кроме того, он утверждает, что использование обоих типов токов в контакте не является столь новым, потому что, в конце концов, это основа некоторых старых людей, известных как кардиостимулятор.
Пробуждение к нейронам. Если ощущения важны для нижних конечностей, что можно сказать для начальников? Один из способов восстановить чувствительность у людей, которые его потеряли, - спровоцировать активность нейронов посредством электрической стимуляции. Протезы, разработанные нейробиологом и его исследовательской группой, содержат рецепторы, которые собирают информацию, когда они контактируют с поверхностью. «Идея состоит в том, чтобы перенести эти искусственные ощущения в мозг, вызывая реальное восприятие».
Введение
Глава 1. История создания искусственных органов и развитие современной биологической науки в данном направлении
Глава 2. Современные искусственные органы, материалы для их создания
Глава 3. Отношение общественности к искусственным органам
Глава 4. Практическая значимость искусственных органов и тенденция развития российской науки в данном направлении
Сигналы транслируются с использованием компьютерных моделей, и стимуляция нейронов осуществляется непосредственно с помощью чипа, который имплантируется внутри черепа. Ученые из разных компаний и университеты, такие как Джонс Хопкинс, работали над развитием искусственных конечностей, способных передавать ощущения.
Хотя теоретически он уже может быть коммерциализирован, его цена, безусловно, не находится в пределах досягаемости всех карманов. Роботизированная рука, крещенная как «Люк» в честь персонажа «Звездных войн», имеет сложную систему датчиков, которая обнаруживает сокращения мышц и превращает их в движение. Он настолько точен, что позволяет поворачивать ключ или держать яйцо.
Заключение
Приложения
Введение
В 20 веке научная индустрия приобрела новые приоритеты. Современный мир требует решения множества проблем: лечения смертельных болезней, возобновлению клеток человеческого тела, расшифрования генетического кода. Однако есть еще одна проблема - способность к «изнашиванию» человеческих органов. Искусственные органы – альтернативный путь решения данного вопроса. Сейчас вопрос: «Лечить или заменить орган?» - стоит ребром в биологической науке. Мой проект направлен на изучение данной проблемы и в связи с этим я ставлю для себя следующие задачи:
Дополнительной трудностью при изготовлении этих искусственных конечностей является их интеграция в организм человека. Мои бионические ноги прикреплены к телу синтетической кожей с разной степенью жесткости, - сказал Герр. Во-первых, специалистам приходилось разрабатывать математическую модель из изображений, созданных магнитным резонансом, и данных о геометрии конечности. Результатом было разграничение различных зон в зависимости от эластичности кожи, чтобы найти соответствующие точки вставки.
В лаборатории они также работают, чтобы изготовить синтетическую кожу с умными материалами. Вне конечностей и бионических членов существует одна область биоэлектроники, которая постоянно развивается: органы чувств. Неспособность многих людей различать изображения или звуки вдохновляла многих ученых и технологических компаний, которые стремятся решить или, по крайней мере, смягчить эти проблемы.
Разработка приборов, способных брать на себя функции органов человеческого тела - одно из передовых направлений современной медицины. У организма есть множество функций: моторная, сенсорная, интеллектуальная и другие.
Во внутреннем ухе улитка - это часть, которая действует как трансформатор звуков в сигналы, понятные мозгу. Имплантаты, которые интегрированы в эту область, заменяют их роль переводчика и могут возвращать слух тем людям, у которых нет слухового нерва. «Двадцать лет назад считалось, что этот тип протеза был научной фантастикой, и теперь это реальность», - признается Мануэль Мармерка, исследователь из Института нейронауки Кастилии и Леона. «Это похоже на то, когда вы надеваете очки и хорошо смотрите», - добавляет он.
Так называемые состоят из двух частей: микрофон, который собирает звуковые волны и который помещается на ухо, и другое устройство, которое интегрировано с микрохирургом внутри уха и посылает электрические сигналы в мозг. «Они представляют собой биоиндустриальные протезы, основанные на биологических процессах», объясняет Мальмьера.
Но особое место среди функций человеческого организма занимает функция собственного жизнеобеспечения. Если она не выполнена, то нет смысла говорить и о реализации других функций. Критически важные для жизни органы - это лёгкие, сердце, почки, сосудистая и пищеварительная системы, печень, а также некоторые другие компоненты. Уже сегодня существует оборудование, способное восполнять функции большинства основных органов жизнеобеспечения в течение продолжительного времени. Например, максимальный срок жизни человека со вспомогательным искусственным сердцем составляет 9 лет, максимальный срок жизни с использованием искусственных почек – 40 лет, максимальное время жизни пациента, питающегося от капельницы (минуя желудочно-кишечный тракт) – более 30 лет. Результаты, касающиеся других органов, пока более скромны, но и по ним есть прогресс
«В случае заболеваний глаз существует несколько возможностей», - говорит исследователь из Университета Аликанте. «Некоторые группы разрабатывают микрочип с электродами, которые вставлены в сетчатку». Другой подход, на который указывает Фернандес, будет включать то же самое в части мозга, которая получает информацию от зрительного нерва. Эксперт говорит, что каждый раз, когда у нас есть более мелкие микроэлектродные устройства и более мощные системы, хотя все еще есть много трудностей.
Одним из препятствий является количество информации, которая может быть обработана, и способ ее выполнения. В каждом глазу у нас около 000 нейронных окончаний, которые приводят импульсы в мозг, тогда как современные имплантаты обычно включают около 60 электродов. Фернандес считает, что «обе цифры не сопоставимы». Кроме того, способ, которым сетчатка обнаруживает и ассимилирует движение, текстуры или цвета, до сих пор не совсем понятна.
Данной темой я заинтересовалась по нескольким причинам. Во-первых, у одного из моих родственников, попавшего в автомобильную катастрофу, полностью функционирует только одна почка. Ему сообщили, что в будущем ему может быть имплантирована искусственная почка. Однако для этого потребуется несколько лет исследований. Меня заинтересовал принцип замены настоящих органов на искусственные. Во-вторых, в этом году я собираюсь поступать в МГМСУ на «кафедру трансплантологии и искусственных органов» и связать свою жизнь с данным типом деятельности. В-третьих, данная тема достаточно актуальна в наши дни. Ведь, создание искусственных органов позволяет продлить и сохранить жизнь человека.
Бионическая антенна с подключением к Интернету. Мальмьера аппроксимирует цвета и звуки с помощью примера: «Представьте, что человек мог видеть в черно-белом цвете: даже так, он мог различать кошку и мужчину». По словам исследователя, что-то подобное происходит, когда человек плохо слушает, он слышит «в черно-белом». Совпадение или нет, сравнение выходит за рамки остроумной идеи, потому что есть реальный случай, когда технология позволила смешивать оба типа восприятий.
Первая версия была связана с компьютером, который был в рюкзаке, - рассказывает Лизана о начале. Он определил взаимосвязь между каждым ключом и его подписью. На презентации этого кибер-преимущества, которое состоялось в Лондоне, приняли участие люди со всего мира. Они прислали мне фотографии «Таймс-сквер»из Нью-Йорка, и в Австралии был художник, который прислал мне цвета. Это был первый раз, когда моя голова подключилась к Интернету. На данный момент он не может ответить своим поклонникам.
1. История создания искусственных органов и развитие современной биологической науки в данном направлении.
История развития искусственных органов насчитывает не один десяток лет. Создать «запасные части» - заменители естественных органов - люди стремились уже с давних времен. Еще 2000 лет назад греческий историк Геродот рассказывал о воине, который отрубил прикованную ступню, чтобы бежать из плена, и многие годы потом ходил с деревянной ногой. А при раскопках у итальянского города Капуи археологи нашли бронзовую ногу римского легионера, заменившую потерянную им в одном из сражений более 1500 лет назад. В средние века искусственные конечности - протезы стали делать подвижными.
Для этого он хочет внедрить крошечную турбину внутри одной из вен на шее. Где Харбиссон замечает, что на улице существуют реальные различия, которые отделяют его от остальной части народа. «Общество еще не привыкло к тому, что есть люди, которые имеют технологию как часть своего тела, они считают это чем-то негативным и неестественным», - говорит он. Несмотря на это, он считает, что мало-помалу страх теряется, и новые поколения будут более глубоко изучать эту область.
Мифы, реалии и разные точки зрения. Случай с Харбиссоном, без сомнения, является исключительным, но в конце дня он показывает только одно применение технологий на службе человеческого тела. Уже говорят об истинных «киборгах», которые, как каталонский художник, идут вместе с другими обычными людьми. Г-н является одним из тех, кто считает, что приближается эпоха, когда роботизированные части, которые интегрированы в организм, будут ежедневным хлебом. «Машины, интегрированные в наше тело, сделают нас сильнее, быстрее и эффективнее», - заверил он в своей пылкой речи.
Первые научные разработки в данной области относятся к 1925, когда С. Брюхоненко и С. Чечулин (советские ученые) провели опыт со стационарным аппаратом, способным заменить сердце (приложение 1). Вывод из этого опыта состоял в следующем: голова собаки, отделённая от туловища, но подключенная к донорским лёгким и новому аппарату способна сохранять жизнеспособность в течение нескольких часов, оставаясь в сознании и даже употребляя пищу. 1925 год принято считать началом отсчета в истории разработок искусственных органов.
В науке и технике происходит новая научная революция. Эта революция возникла в результате недавнего развития возможностей измерения, манипулирования и организации материи в наномасштабном масштабе. В наномасштабе физика, химия, биология, материаловедение и техника все сходятся к тем же принципам и инструментам. Вот почему исследования в области наноиндустрии, как ожидается, окажут сильное влияние на человечество. Необходимо подчеркнуть, что нового в нанотехнологиях. Когда его спросили: «Что это такое, что нанотехнологии собираются построить?», Наиболее распространенным ответом является «вещи на наноуровне».
В 1936 году ученый С. Брюхоненко самостоятельно разрабатывает оксигенатор – аппарат заменяющий функцию легких. С этого момента существует теоретическая возможность поддерживать полный цикл жизнеобеспечения отделённых голов животных до нескольких суток. Однако на практике этого достичь не удаётся. Выявляется множество недостатков оборудования: разрушение эритроцитов, наполнение крови пузырьками, тромбы, высокий риск заражения. По этой причине, первое применение аналогичных аппаратов на человеке затягивается ещё на 17 лет.
Однако это не полный ответ. Химики синтезировали сложные молекулы на протяжении почти двух столетий. В последние десятилетия ученые-медики выращивали полупроводниковые кристаллы с точностью атомного слоя. Чтобы классифицировать новых ученых в этой новой дисциплине, нанотехнология должна быть чем-то большим, чем способностью строить вещи с атомной точностью. Наномасштабность не является еще одним шагом к миниатюризации, но качественно новой шкале. Атомно-научная наука - это основа знания того, как работает мир.
Может быть много уровней шкал ниже атома, но для практических целей атом является отличным базовым элементом. Его поведение описывается квантовой механикой, конфайнментом в очень малых структурах, большими интерфейсами по сравнению с размером материала и другими свойствами, явлениями и уникальными процессами. Нано-наука развивается во многих исследовательских центрах по всему миру, что приводит к фундаментальным научным достижениям. В свою очередь, этот процесс приведет к резкому изменению способа понимания и создания материалов, инструментов и систем.
В начале 1937 г. В. Демихов кустарно изготавливает первый образец имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Но низкие технические характеристики нового прибора позволяют непрерывно использовать его в течение лишь полутора часов, после чего собака погибает.
В 1943 году нидерландский ученый В. Кольфф разрабатывает первый аппарат гемодиализа, то есть, первую искусственную почку. Через год он уже применяет аппарат во врачебной практике, в течение 11 часов поддерживая жизнь пациентки с крайней степенью почечной недостаточности.
Новые свойства и функции на наномасштабе будут достигнуты за счет контроля вещества и кирпичей, которые его составляют: атом атома, молекула молекулой и наноструктура наноструктурой. Нанотехнология обеспечит интеграцию этих наноскопических структур в материальные компоненты систем и электронных архитектур. Однако в рамках этих более масштабных систем управление и его построение будут оставаться в основном на наномасштабном уровне. Сегодня нанотехнологии все еще находятся в зачаточном состоянии. Созданные в настоящее время наноструктуры по-прежнему рудиментарны по сравнению с тем, что, как ожидается, будет достигнуто в будущем.
В 1953 г. Дж. Гиббон, ученый из Соединенных штатов, при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие. Начиная с этого времени, стационарные аппараты искусственного кровообращения становятся неотъемлемой частью кардиохирургии.
В 1963 Р. Вайт в течение примерно 3 суток поддерживает жизнеспособность отдельного мозга обезьяны.
Однако ожидается повышение эффективности компьютеров на несколько порядков, восстановление человеческих органов с использованием этой новой техники, разработка новых материалов, создаваемых непосредственно сбором атомов и молекул, а также появление совершенно новых явлений. в области химии и физики. Нанотехнология захватила воображение ученых, инженеров и экономистов не только из-за взрыва новых знаний о наномасштабе, но и из-за его потенциальных социальных последствий.
Актуальность нанотехнологий усугубляется его значимостью в контроле над веществами на наномасштабе с целью его использования в таких областях, как новые материалы и их производство, медицина и здравоохранение, уход окружающей среды и использования новых источников энергии, биотехнологии и сельского хозяйства, электроники и информационных технологий и т.д. влияние нанотехнологий на здоровье, экономику и уровень жизни людей в этом столетии может быть по меньшей мере столь же значительным, как комбинированные эффекты микроэлектроники, изображений в медицине, компьютерной инженерии и создание полимеров прошлого века.
В 1969 Д. Лиотта и Д. Кули впервые испытывают в теле человека имплантируемое искусственное сердце. Сердце поддерживает жизнь пациента в течение 64 часов в ожидании человеческого трансплантанта. Но вскоре после трансплантации пациент погибает.
В течение последующих десятилетий разработки новых аппаратов не производятся. Устраняются ошибки предыдущих изобретений.
В 2007 поставлен рекорд по продолжительности жизни пациента с полностью искусственными (но стационарными) лёгкими: 117 дней.
В 2008 врачи впервые в истории поддерживают жизнедеятельность пациента с одновременным искусственным восполнением функции сердца и лёгких в течение 16 дней в ожидании донорского сердца. В том же году учёные Калифорнийского университета заявляют о выпуске первого в мире образца портативной искусственной почки. Помимо этих результатов, в 2008 году происходят знаковые события в области разработки и других искусственных органов и частей тела. Так, компанией Touch Bionics был создан революционный высокореалистичный протез руки.
В 2010 в Калифорнийском университете разработана первая, имплантируемая бионическая почка, пока что не доведённая до серийного производства (приложение 2).
2. Современные искусственные органы, материалы для их создания.
Современная биологическая индустрия достигла своего пика. Появляются все новые и новые аппараты и приборы, на разработки которых уходит не десятки лет, а месяцы. Если раньше создание киборгов, было только сказкой, то современные изобретения позволяют в этом усомниться.
Первая область развития искусственных органов касается области человеческого мозга, возможности которого до конца не изучены. Тем не менее, определенные манипуляции с мозгом проводятся, в основном с целью излечения болезней. Профессор Университета Южной Каролины после длительных исследований создал чип, способный заменить гиппокампус - часть мозга, ответственную за кратковременную память, а также ориентацию в пространстве. Поскольку гиппокампус зачастую подвергается нарушениям при нейродегеративных заболеваниях, то данный чип, ныне проходящий лабораторные испытания, может стать незаменимой вещью в жизни многих больных.
Немецким ученым из Института биохимии имени Макса Планка после длительных исследований удалось совместить живые клетки головного мозга с полупроводниковым чипом. Важность открытия заключается в том, что данная технология дает возможность выращивать очень тонкие полоски тканей на чипе, в результате чего он позволит очень подробно наблюдать взаимодействие всех нервных клеток между собой путем выявления сигналов, посылаемых клетками через синапсы.
А калифорнийской компанией Neuropace был разработан электростимулирующий прибор для эпилептиков, названный «нейростимулятором ответных реакций» (приложение 3). Принцип работы заключается в том, что устройство сдерживает поток неконтролируемых импульсов во время припадков с помощью электрических разрядов из внешнего источника. Испытания Neuropace проводились на сотне пациентов, удовлетворительный результат просматривался практически у половины.
Еще одной областью внедрения искусственных органов является глазной аппарат. Существует множество вариантов создания искусственных глаз.
Группа специалистов консорциума Bionic Vision Australia презентовали свой бионический глаз в Университете Мельбурна (приложение 4). Лабораторные испытания уже проводятся, а более массовое внедрение ожидается к 2013 году.
Ученым Калифорнийского университета удалось создать протез, который способен выполнять функции сетчатки глаза. На данном этапе тестирования человек способен видеть только размытую картинку, но дальнейшие перспективы достаточно позитивны. Данный протез устроен так: на оправе очков закрепляется камера, через которую изображение передается прямо на уцелевшие нейроны в сетчатке глаза. Для перевода входящего видеосигнала в импульсы, которые способны воспринять нервные клетки, пришлось разработать специальный программно-аппаратный конвертер.
Стоит отметить, что качество зрения, которое предлагает используемая во всех вышеупомянутых устройствах технология напрямую зависит от количества светочувствительных электродов в имплантанте. Если на нынешнем этапе их всего 60, то в скором будущем это число планируют довести до 1000, что радикально улучшит восприятие – не просто передавая пятна света, но гораздо полноценнее сообщая человеку о происходящем вокруг.
А вот подход британцев, разработавших технологию BrainPort, принципиально отличается от всех вышеописанных в части метода передачи информации. Идея в том, что человек должен начать видеть с помощью языка (приложение 5).
Внешняя часть устройства, как обычно, включает в себя небольшую видеокамеру, вмонтированную в оправу очков и конвертер, преобразующий сигнал. Однако, вместо электродов, вживляемых в сетчатку и передающих данные на зрительные нервы, BrainPort оборудован небольшой трубкой с прямоугольным передатчиком, который необходимо положить на язык. Электрические импульсы передаются на него и в зависимости от их интенсивности, человек может распознавать наличие препятствий на пути.
Следующая область, в которой искусственные органы применяются достаточно часто, это слуховой аппарат человека. К счастью, в отличие от зрения, частичное и даже полное восстановление слуха реализуется проще, поэтому уже достаточно давно существуют слуховые аппараты или, по научному, кохлеарные имплантанты. Принцип их работы прост: с помощью микрофона, расположенного за ухом, аудиосигнал передается на вторую часть аппарата, стимулирующую слуховой нерв – по сути, слуховой аппарат увеличивает громкость воспринимаемого звука.
Так, например, профессором Мириам Фарст-Юст из Школы электротехники Тель-авивского университета был разработан новый вид прикладного программного обеспечения «Clearcall». Данная программа предназначена сугубо для кохлеарных имплантантов и слуховых аппаратов и позволяет более четко слышать в шумных местах звуки, распознавать речь, а также отфильтровывать фоновые шумы. Для того, что бы человек воспринимал нормально звуки, Clearcall работает с собственной базой данных звуков, в результате чего идет максимально точное отфильтровывание посторонних шумов и усиление «полезных» сигналов.
Что касается материалов для создания искусственных органов, то в основном используются полимеры. Например, полиэтилен низкой плотности и поликапролактам используется для создания изделий, контактирующих с тканями организма. Поликарбонат используется для создания корпуса и деталей желудочков и стимуляторов сердца. Флоропласт-4 используется для протезов сосудов и клапанов сердца. Полиметилметакрилат применяют для создания деталей аппаратов «искусственная почка», «сердце - легкие». А для создания бесшовных соединений используется цианакрилатный клей. Что касается плюсов и минусов современных искусственных органов, то можно сказать следующее:
Плюсы:
Минусы:
Таким образом, подводя итог вышесказанного, можно сказать, что современная биологическая наука активно развивается в данном направлении.
3. Отношение общественности к искусственным органам
Как вы знаете, отношение к науке никогда не было однозначным. В истории развития человечества никогда не было единой точки зрения, как на происхождение человека, так и на пользу научных инноваций. Мною был проведен опрос среди 2-х социологических групп. Первая группа – лица от 16 до 25 лет. Вторая группа – от 26 до 45 лет. Количество участников в каждой группе 30 человек. Опрос состоял из следующих вопросов:
Результаты опроса я представила в виде диаграмм (приложение 6)
Таким образом, исходя из данных диаграмм, мы видим, что люди старшего поколения наиболее презрительно относятся к искусственным органам. А молодое поколение, наоборот, считает, что искусственные органы – это будущее человечества. Отношение к развитию биологической науки в этом направлении неоднозначно. Однако я, проделав множество исследований этой проблемы, считаю, искусственные органы со временем помогут продлить жизнь человека, помогут справиться с врожденными дефектами и заболеваниями.
4. Практическая значимость искусственных органов и тенденция развития российской науки в данном направлении
Разработка и создание искусственных органов в ведущих западных странах относится к главным государственным программам. В США эта программа постоянно находится под патронажем президентов страны. Суммарные инвестиции в этих странах только частного капитала по разным направлениям программы составляют ежегодно миллиарды долларов. При этом они обеспечивают инвесторам непосредственную стабильную прибыль и гарантируют надежные политические и экономические перспективы.
Большинство искусственных органов в настоящее время достаточно большая роскошь. Исключение этому составляют протезы и слуховые аппараты. Поэтому большинство опытов и разработок искусственных органов в настоящее время происходит за рубежом, в странах Европы, в США. Но, тем не менее, современная Россия пытается идти в ногу со временем. В нашей стране все чаще финансируются биологические разработки в данной области науки, открываются все новые и новые кафедры, направленные на подготовку высококвалифицированных ученых в данном направлении. В России это направление получило государственную поддержку в 1974 году после заключения Межправительственного соглашения о сотрудничестве между СССР и США в области создания искусственного сердца.
При Государственном комитете СССР по науке и технике была создана Межведомственная комиссия, которая разработала комплексную программу НИР и ОКР на два года, полностью обеспеченную финансированием.
К сожалению, неудачное завершение сотрудничества по программе создания искусственного сердца, последующее сокращение финансирования, ослабление интереса руководства страны к его продолжению и наступившие в стране экономические и политические перемены 90-х годов практически полностью остановили работы по этому направлению. Развивавшиеся в России на начальном этапе дикие рыночные отношения переориентировали интересы специалистов на пересадку жизненно важных органов. При этом не был принят во внимание западный опыт современной трансплантологии, где, наряду с хорошо организованной (например, система «Евротрансплант») и законодательно защищенной клинической практикой пересадки жизненно важных органов (сердце, почка, печень, поджелудочная железа, легкие) нуждающимся больным, наблюдалось развитие криминального сектора трансплантологии.
Все эти годы работы по созданию и клиническому применению искусственных органов в ведущих странах и, в особенности, в США не только не прекращались, но обеспечивались приоритетным финансированием. Сегодня это направление объединяет последние мировые медико-биологические и технические разработки и технологии, в том числе, с привлечением к их созданию новейших достижений военно-промышленного комплекса. Стимулом являются невероятные рыночные прибыли и неограниченная востребованность разработок на медицинском рынке. К основным медицинским направлениям, для которых осуществляются разработки, являются сердечно - сосудистые заболевания, сахарный диабет, онкология, травматология.
5. Заключение
Подводя итог вышесказанного, мне хочется сказать, что вопрос о развитии и применении искусственных органов – достаточно спорный. Не существует единой точки зрения на данную проблему. Нет единой технологии производства и разработок в данной сфере, что положительно сказывается на развитии биологической науки. Вопрос о будущем применении искусственных органов остается спорным. Но лично я считаю, что в будущем человечество либо усовершенствует ныне существующие органы, либо найдет альтернативный путь решения этой проблемы. И кто знает, может, к концу 21 века люди будут иметь неограниченные возможности, и киборги станут не сказкой, а самой настоящей реальностью. Задачи, поставленные мной в начале проекта, достигнуты. Открыто новое научное знание. Получены практические, полезные результаты. Данный проект может быть применен при проведении уроков, семинаров, в качестве учебного пособия.
Список использованной литературы
Камень служил человеку на протяжении многих тысячелетий. Красота камня, его причудливые формы всегда удивляли первобытного человека, заставляли верить в его магические силы. Способность камня хорошо подвергаться обработке, стала важным фактором в дальнейшей эволюции человека. Камень стал для человека средством познания мира, был орудием труда, защиты, нападения, а главное дал возможность жить в каменных пещерах. Человек смог «приручить» для своих целей кремень, нефрит, обсидиан, яшму, базальт, диабаз, кварциты, мраморы, граниты и др. Наряду с камнем, доисторический человек умело использовал кости и рога животных, дерево, занимался скульптурой и живописью.
В Музее Землеведения представлена тематическая выставка «Роль природных материалов в жизни человека», благодаря которой посетители смогут увидеть, как использовал в своих целях камень и др. материалы доисторический и современный человек.
 |
 |
Начиная с палеолита (древнего каменного века - отрезок времени, от 800 и до 10 тысяч лет до нашей эры), древние люди изготовляли каменные орудия. Преимущественно это были кремневые орудия и отбросы кремня, получавшиеся при их изготовлении. По началу орудия этой эпохи имели однообразную миндалевидную форму, к одному концу заостренную, а к другому - округленную, и приготовлены из кремневых галек путем грубой обивки. Например, топоры длиной 26-28 см и весом 2 кг не имели рукоятки, и человек пускал их в дело, просто зажав в кулаке. Позже стали появляться кремневые ручные рубила, которые примитивно обрабатывались оббивкой и сколами и преобретали вытянутую овальную форму с приострёнными боковыми гранями.
По мере совершенствования орудий труда, начали появляться наконечники копья. Они подвергались уже более тщательной обработке путем отжима тонких чешуек. Наиболее типичной формой этих орудий являлось острие в виде лаврового листа, которое вероятно служило наконечником, прикреплявшимся к древку и образовывав таким образом первобытное копье. Одновремено с наконечником появились многочисленные специализированные орудия - скребки, резцы, проколки и др. Скребки необходимы были тогдашнему человеку для очищения шкур, а шила служили вероятно уже для шитья. К концу палеолита появились наконечники стрел.
В индустрии первобытного человека важную роль сыграл новый материал - кость, главным образом оленья; из нее приготовляли различные охотничьи принадлежности: наконечники стрел, копий, гарпуны; из кости или же на ней вырезались различные человеческие фигуры, фигуры мамонта, оленя.
Неолитическая эпоха (новый каменный век - период 3-го и половину 2-го тысячелетия до нашей эры) представлена полированными орудиями из кремня, а также из более мягких пород, глиняной посудой и др. Глиняная посуда того времени изготовлялась без гончарного круга. Преобладали крупные высокие сосуды, с острым или круглым дном. Они украшались разнообразными ямками и отпечатками различных штампов. Помимо старых палеолитических форм орудий - наконечников стрел и копий, скребков, скребел, проколок - впервые появляются шлифовальные орудия, топора, тесла, долота из сланца и других мягких горных пород, легко поддающихся шлифовке. Наряду с каменными орудиями в эпоху неолита широко применялись орудия из кости и рога - гарпуны, иглы, шилья. В конце неолита появляются специальные мастерские по изготовлению каменных орудий. Они располагались вблизи выходов кремня или других горных пород , пригодных для изготовления орудий (обсидиан, кварц, сланец), и содержали огромные скопления незаконченных орудий и отбросов, образующихся при их производстве.
Бронзовому веку предшествовал медный век , иначе халколит, или энеолит, - переходный период от камня к металлу ил же от неолита к бронзовому веку. Впервые начали появляться металлические изделия из меди, хотя продолжали преобладать еще каменные оружия. На Ближнем Востоке (Ю. Иран, Турция) медные и затем бронзовые изделия появились в 4-ом тыс. до н.э., в Европе - в 3-2 - м тыс. до н.э.
Бронзовый век (конец 4-го - начало 1-го тыс. до н.э.), историко-культурный период, характеризующийся распространением в передовых культурных центрах металлургии бронзы и превращением ее в ведущий материал для производства орудий труда и оружия. Бронза - сплав меди с разными химическими элементами, гл. образом металлами (олово, алюминий, бериллий, свинец, кадмий, хром), сплав меди с цинком - латунь и др. Бронза отличается от меди легкоплавкостью (700-900*С), более высокими литейными качествами и значительно большей прочностью, что и обусловило ее распространение. Оловянная бронза - древнейший сплав, выплавленный человеком. Первые изделия из бронзы получены за 3 тыс. лет до н.э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позднее бронзу стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов. Бронза применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. Древние бронзовые орудия найдены в Ю. Иране, Турции и Месопотамии и относятся к 4-му тыс. до н.э. Позднее они распространились в Египте, Китае и в Европе.
В средние века большое количество бронзы шло на отливку колоколов (содержание олова 20 %). До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась так называемая пушечная бронза - сплав меди с 10% олова.
В 19 веке началось применение бронзы в машиностроении (втулки подшипников, золотники паровых машин, шестерни, арматура). Особенно ценными для машиностроения оказались антифрикционные свойства (характерны для материалов, применяющихся для деталей машин (подшипников, втулок), работающих при трении скольжении и обладают в определенных условиях низким коэффициентом трения) и стойкость против коррозии оловянных бронз. В 20 веке начали изготовлять заменители оловянных бронз, не содержащие дефицитного олова и часто превосходящие их по многим свойствам. Наиболее распространены алюминиевые бронзы с 5-12 % алюминия и добавками железа, марганца и никеля. В 20-30- е годы разработаны безоловянные бронзы (бериллиевые, кремненикелевые и др.), способные сильно упрочняться при закалке с последующим искусственным старением. Например, сплав меди с 2% бериллия после термической обработки приобретает большую прочность, чем многие стали и очень высокий предел текучести - 1280 Мн/м 2 (128 кгс/мм 2).
Разнообразные бронзы играют важную роль в современном машиностроении, авиации, ракетостроительной технике, судостроении и других отраслях промышленности.
Бронза в искусстве с глубокой древности служила материалом для декоративно-прикладных изделий и скульптуры. Порошок и тонкие листки бронзы (поталь) служат также для бронзирования изделий из дерева, кости, черных металлов, гипса и т.д. Отличные литейные свойства бронзы позволяют воспроизводить мельчайшие детали скульптурной модели; упругость, вязкость, пластичность бронзы дают возможность, не прибегая к дополнительным опорам, создавать объемные композиции, получать полые, относительно легкие отливки. Бронза, оксидируясь, приобретает стойкую окраску - от зеленой до густо-коричневой и черной, кроме того, хорошо поддается химической тонировке, золочению, полировке, ковке, чеканке, гравировке, что помогает разнообразить цвет и фактуру изделий.
Железный век - эпоха в истории человечества, характеризующаяся распространением металлургии железа и изготовлением железных орудий. Термин «железный век» был введен в науку около середины 19 века датским археологом К.Ю. Томсеном. Железный век сравнительно с предыдущими археологическими эпохами (каменным и бронзовым веками) очень короток. Его хронологические границы: от 9 - 7 вв. до н. э. На ранних стадиях железного века было известно метеоритное железо . Отдельные предметы из железа (в основном украшения) были найдены в Египте, Месопотамии и М. Азии.
Способ получения железа из руды был открыт во 2 - м тыс. до н. э. Согласно ему, сыродутный процесс был впервые применен подчиненными хеттам племенами, жившими в горах Армении (Антитавр) в 15 в. до н.э. Однако ещё длительное время железо оставалось малораспространенным и очень ценным металлом. Только после 11 в. до н.э. началось довольно широкое изготовление железного оружия и орудий труда в Палестине, Сирии, М. Азии, Закавказье, Индии.
В отличие от сравнительно редких месторождений меди и в особенности олова, железные руды, правда, чаще всего низкосортные (бурые железняки) встречаются почти всюду. Но получить железо из руд гораздо труднее, чем медь. Плавление железа было для древних металлургов недоступным. Железо получали в тестообразном состоянии с помощью сыродутного процесса, который состоял в восстановлении железной руды при температуре около 900 - 1350*С в специальных печах. На дне печи образовывалась крица - комок пористого железа весом 1 -5 кг, которую необходимо было проковывать для уплотнения, а также для удаления из неё шлака. Сыродутное железо - очень мягкий материал; орудия труда и оружие, сделанные из чистого железа, имели низкие механические качества. Лишь с открытием в 9 -7 вв. до н. э. способов изготовления стали из железа и её термической обработки начинается широкое распространение нового материала. Более высокие механические свойства железа и стали, а также общедоступность железных руд и дешевизна нового металла обеспечили вытеснение им бронзы, а также камня, который оставался важным материалом для производства орудий и в бронзовом веке.
Технический переворот, вызванный распространением железа и стали, намного расширил власть человека: ускоряется развитие ремесла, в особенности кузнечного и оружейного. Совершенствуется обработка дерева для целей домостроительства, производства транспортных средств (судов, колесниц), изготовления разнообразной утвари. Облегчилось сооружение дорог, усовершенствовалась военная техника, расширился обмен, распространилась как средство обращения металлическая манета.
Таким образом, каждая эпоха способствовала совершенствованию человека, становлению его на новый виток развития. Человек познакомился с камнем, бронзой, железом, а главное, нашел им разумное применение.
Интерес человека к камням не угасает и по сегодняшний день. Люди покланяются красоте камня, верят в его магические силы, в способность влиять на их судьбы. Почему же это происходи? По-видимому, это связано с внутренним миром камня, его энергетикой, способностью благотворно или наоборот влиять на своего владельца.
На протяжении многих тысячелетий камень был для человека не только орудием труда, но использовался в качестве украшений, из него делали вазы, статуэтки и др. Каждый из камней был по-своему уникален и имел свой ареал распространения. Например, кремень - европейские регионы, нефрит - страны Востока, обсидиан - страны Закавказья и др.
Обратимся к наиболее полной характеристике свойств и особенностей каждого из камней.
1. Кремень - это минеральное образование, состоящее из халцедона, кварца, опала и примеси глины, обычно непрозрачный или слабо просвечивающийся. Твёрдость 6 -7, восковый блеск. Название происходит от греческого «кремнос» - скала, утес. В состав кремня входит химический элемент - кремний. В природе в свободном состоянии он не встречается и представлен в виде соединения - кремнезёма, или двуокиси кремния. Кремнезём есть в соленых водах морей и океанов, в водоемах, дождевой воде, атмосферной пыли, глинах, лечебных грязях, песке, нефти, организмах растений, животных, человека. Кремний - обычный компонент растений, но его процентное содержание может меняться. Так, в некоторых растениях - осока, крапива, водоросли, хвощ, - накапливаются большие запасы кремния. А, например, в клевере содержание этого микроэлемента ограничено. Есть среди растений и свои рекордсмены: прежде всего, это хвощи, мхи, папоротники. В альпийском хвоще содержится 96% кремния, в крупной разновидности хвоща - около 40%, а в мелкой - лишь 16%.
Богаты кремнием некоторые деревья: ель, лиственница, пальма и такие травы, как медуница, вербена, вереск, спорыш, алоэ, первоцвет, подсолнух, тысячелистник, пырей, сельдерей, полынь, одуванчик и люцерна. Из зерновых много кремния в овсе, ячмене, просе.
Кремень бывает разным, в каком-то одном цвете его трудно представить. Он и белый, и светло-серый, бурый, красноватый и коричневый, черный и темно-зеленый. Черные и серые кремни окрашены примесями органических веществ, а красноватые, зеленоватые и бурые примесями гидроокислов железа. Известны желтые и розовые кремни.
Наибольший интерес представляют белорусские кремни, которых насчитывают до 90 разновидностей. В основном кремни находят на Брестчине и Гродненщине и, как правило, они мезозойского возраста. Белорусские кремни образовались в меловых отложениях при отмирании колоний живых организмов (радиолярий и диатомовых водорослей), которые при жизни усваивали такой химический элемент, как кремний. Они, как правило, органогенного происхождения.
Кремень используют при очищении воды. «Кремниевая» вода образуется в результате фильтрации обычной воды через кремень. При длительном контакте с ним происходит изменение молекулярных характеристик воды, а именно накопление активного молекулярного кислорода. При употреблении такой воды из организма удаляются радиоактивные изотопы цезия и стронция, накапливается селен, йод, медь, фтор, магний, кальций, калий и цинк.
«Кремниевая» вода обладает бактерицидными свойствами, её используют при кожных заболеваниях, для усиления роста волос, ею можно вылечить ожоги, а также она подходит для полоскания при ангине и фарингите.
Волковыске была найдена шахта кремней, которые люди каменного века использовали в качестве орудий труда и защиты.
В музее землеведения также представлены кремни из Подмосковья, Украины и Урала.
2. Нефрит - мономинеральная горная порода, состоящая из тончайших волокон амфибола тремолит - актинолитового ряда с характерной спутанноволокнистой структурой. В основе структуры амфибола лежит кремнекислородная лента и присутствие небольшого количества воды. Амфибол обладает хорошей спайностью, так что разломить или разбить крупный кристалл не составляет никакого труда, но если этот амфибол образует тончайшую иголочку (амфибол - асбест), то её можно как угодно гнуть и она не ломается. Нефрит сложен именно такими тончайшими кристаллами, но, кроме того, в нефрите эти кристаллики перепутаны, примерно так, как перепутываются шерстинки в войлоке. Такая структура ещё больше упрочняет горную породу. Если где-нибудь найдётся слабый кристалл и сломается, то соседний, более прочный, не позволит трещине развиваться далее и расколоть породу. Этим и объясняется уникально высокая прочность нефрита, превышающая прочность стали.
Благодаря своей вязкости и высокой прочности нефрит использовали в каменном веке как материал для изготовления разного рода орудий. А благодаря своей красивой и неоднородной окраске он используется сейчас в камнерезной и ювелирной промышленности. Из него делают рюмки, вазы, браслеты, кольца, кулоны.
 |
Основными свойствами нефрита, влияющими на качество и цену, является окраска, просвечиваемость и способность принимать полировку.
Цвет и окраска нефрита обусловлена, главным образом, составом породообразующего минерала, а также концентрацией минералов-примесей. Существенно актинолитовые разновидности характеризуются темно-зелёной окраской, актинолит - тремолитовые - светло - зеленой. Значительное содержание гидрооксидов железа в актинолитовых разностях обусловливает болотный цвет камня. Окраска чистых тремолитовых разностей белая, присутствие примесей гидроксидов железа придает медовую окраску. Черный цвет нефрита объясняется присутствием графита, изумрудно-зеленый примесью хрома. В качестве минералов-примесей в нефритах встречаются магнетит, хромит, тальк, хлорит, пироксен, гранат, карбонат, роговая обманка и др. Суммарное содержание примесей колеблется от 0,5 до 15%.
Цветовая гамма нефрита довольно обширна, но преобладает зеленый цвет разных тонов и оттенков, ярко-зеленый, светло-зеленый, голубовато-зеленый, темно-зеленый, оливковый и др. Реже встречается белый просвечивающийся нефрит, серый и чёрный.
Месторождения нефрита связаны с внедрением магматической породы в змеевик, но образуются они по другую сторону контакта. При внедрении магматической породы в холодный серпентин (змеевик) этот последний нагревается, сам теряя воду, кроме того, сюда поступает вода из остывающей магматической породы. Эта горячая вода, обогащаясь кремнезёмом и калием, воздействует на резко прогретый серпентин, в результате вокруг магматической жилы создается контактная зональность. Непосредственно рядом с жилой возникает слюдяная оторочка, здесь из воды осаждается весь калий и весь алюминий, которые входят в слюду, далее располагается зона амфибола, где фиксируется кремний, оставшийся в растворе, и частично вода, затем формируется зона тальковых пород.
Крупными промышленными источниками нефритового сырья в России считаются: Улан-Ходинское (ныне отработанное) и Оспинское месторождения (Восточно-Саянская группа), Парамское (Селеняхское и Минилканское) в Якутии. Месторождения и проявления нефрита известны также на полярном Урале (Нырдвоменшор), в Казахстане, в Туве и др. Из зарубежных источников нефрита следует назвать Китай (хр. Куэнь-Лунь, Памир), США (шт. Монтана, Аляска, Вашингтон, Калифорния), Канаду, Мьянму, Новою Зеландию, Бразилию, Мексику, Польшу.
Нефрит являлся первым материалом для изготовления орудий труда и охоты у древних народов Центральной Азии, Европы, Америки, Новой Зеландии и Австралии. На заре зарождения культуры он наравне с кремнем был орудием борьбы человека за жизнь. Его прочность и вязкость выдерживали самые сильные удары, оставляя лишь небольшие вмятины. Однажды валун сибирского нефрита положили под паровой молот. При ударе молота наковальня рассыпалась на куски, а валун остался невредимым.
3. Обсидиан . Наряду с кремнем и нефритом в доисторические времена использовали и обсидиан. Одна из важных особенностей обсидиана, на которую обратил внимание первобытный человек, это способность при расколе давать острый режущий край. Лучшие скребки, ножи, серпы и другие инструменты изготовлялись из обсидиана. Позднее из него научились делать наконечники стрел и копий.
Название камень получил, как предполагается, в честь римлянина Обсиуса, привезшего его из Эфиопии на Родину.
Обсидиан - кислое вулканическое стекло, содержащее более 70% SiO 2 и не более
 |
|
Обсидиан, Армения |
Рассматривая образцы обсидиана, легко заметить, что они довольно сильно различаются между собой по цвету, структуре и степени кристалличности. Обсидианы разных лавовых потоков различаются и по химическому составу. Стекло с количеством окиси кремния менее 65-70% относительно маловязкое и поэтому хорошо кристаллизуется. Варьирует и содержание железа. Чем меньше его в стекле, тем оно прозрачнее. Но на прозрачность и вид стекла влияет не только количество железа, но и его минеральная природа, а также степень окислённости. Если окись железа целиком растворена в стекле, то последнее бурое и более прозрачно. Присутствие магнетита окрашивает стекло в черный цвет и уменьшает прозрачность, Гематит, образующийся в тех местах, где стекло захватывает воздух, придает обсидиану красные цвета, иногда очень яркие. Поскольку кристаллизация минералов, вызывающих окраску, происходит при течении лавы, обсидианы имеют множество полос. При выходе магмы на поверхность её верхние слои имеют меньшее давление, поэтому происходит выделение углекислоты с образованием пемзы. Более низкие горизонты лавового потока представлены вулканическим стеклом - обсидианом. Переход обсидиана в пемзу обычно постепенный. Первоначально в обсидиане появляются очень мелкие, трудно различимые простым глазом пузырьки. Возникли они ещё тогда, когда лава двигалась медленно, поэтому пузырьки образуют струйки, в которых каждый пузырек несколько вытянут в направлении движения; это придаёт обсидиану очень эффектный блеск. Такой обсидиан, называют иризирующим, очень красив и широко используется для украшений.
Витрофир (от лат. vitrum - стекло) - кислое вулканическое стекло, содержащее редкие порфировые выделения кварца, биотита, полевых шпатов.
Месторождения обсидиана расположены в Закавказье (Параванское, Артенинское, Гюмушское, Анкаванское, Кечалдагское) и на Камчатке (Иткваям). Среди известных месторождений за рубежом наиболее богаты месторождения в США и Мексике. В США добывается иризирующий обсидиан с многоцветной иризацией («павлиний хвост»), отличающийся очень высоким качеством. В музей землеведения обсидиан привезён из кавказских стран (Армении, Грузии) и из США. Обсидиан используется в производстве теплоизоляционных и строительных материалов, а также как поделочный камень.
4. Яшма . Яшма относится к числу наиболее распространенных в природе и наиболее популярных камней. Название «яшма» (от греч. «яспис» - пестрый) означает крапчатый камень. По современным представлениям яшма - понятие собирательное. Это плотная кремнистая горная порода, состоящая из микроскопических кварцевых зёрен, сцементированных кварцем и халцедоном с большим количеством примесей. Пигментом яшм служат красные, бурые и черные оксиды марганца, граната, железа, зеленые хлорит, актинолит и эпидот, розовые и красные - гематит, голубые глаукофан, рибекит и другие минералы.
Яшма отличается высокой плотностью, вязкостью, твердостью (6-7) (оставляет царапину на стекле) и разнообразной окраской. Характерное свойство яшм - прекрасная полируемость, они всегда принимают зеркальную полировку (бездефектные камни).
Долгое время не было единого мнения о генезисе яшм, что, видимо, отчасти связано с отсутствием единого представления о том, что собственно следует считать яшмой. Зачастую речь шла о совершенно разных минеральных образованиях. Разносторонние исследования последних лет показали, что среди многочисленных разновидностей группы яшм чётко выделяются два типа: осадочные метаморфизированные породы и продукты гидротермального изменения различных пород.
Основу яшм первого типа в большинстве случаев составляют органогенные осадки. Особенно интенсивное накопление остатков кремнистых организмов идет в вулканических областях. Вулканический пепел, падающий в воду, разлагается, насыщая её окисью кремния, которая и служит материалом для построения скелетов кремнистых организмов. Например, среди лавовых потоков Закавказья, близ Ахалцихе, залегает крупное месторождение диатомита, представляющее собой озерные накопления кремнистых скелетов диатомей. Общее содержание окиси кремния здесь превышает 90%, остальное - вода и минеральные примеси. Существуют кремнистые накопления и в других условиях, однако их не так много, как в вулканогенах. Известны накопления диатомита в условиях холодных озер Кольского полуострова. Кремнистые осадки, мене чистые, чем в Закавказье, встречаются среди песчано-глинистых толщ Приуралья (опоки, трепела и др.). То, что яшмы до метаморфизма были во многих случаях нормальными осадочными породами, доказывается неоднократными находками в них окаменелостей.
После образования осадочные кремнистые породы становятся весьма пористыми и, конечно, не могут служить поделочным материалом. Уплотнение кремнистых пород и превращение их в яшмы происходит при их метаморфизме, т.е. перекристаллизации в условиях высоких температур и давлений (после захоронения пород под мощной толщей более молодых осадочных пород). При этом величины данных параметров играют важную роль. Если погружение первоначальных кремнистых осадков было очень большим, то изменение будет весьма сильным, а кристаллы крупные. Осадочная кремнистая порода хотя и потеряет свою пористость, но приобретёт крупнокристаллическое строение, тогда её скорее можно назвать кварцитом, а не яшмой. Яшма всё же совершенно однородная по своему строению порода, в которой не различаются отдельные кристаллические зёрна. Для образования яшмы наиболее благоприятно изменение кремнистой породы в условиях более близких к поверхности. В попавших сюда породах полностью уничтожается пористость, возникают новые, достаточно плотные минералы, но ещё крайне мелкие по своим размерам. Мелкие трещинки в яшмах залечиваются кварцем часто с эпидотом, подробленные участки цементируются кварцем, халцедоном, обычно с высоким содержанием оксидов и гидроксидов железа. Яшмы с концентрически - полосчатым рисунком формировались в процессе диффузивного пропитывания исходных пород гелями кремнезёма.
Глубокое изменение происходило при метаморфизме палеозойских (380 - 400 млн. лет назад) вулканогенных толщ Южного Урала. Яшмы встречаются по всей полосе выходов пород этого возраста, протягивающихся от Миасса до Орска и далее в Казахстан. Наиболее знамениты ленточные красно-зеленые яшмы к северо-западу от Верхнеуральска.
Есть яшмы, образованные в месторождениях агата и халцедона. Халцедоновое вещество цементирует залегающие рядом глинистые минералы, включая их в свой агрегат, в результате чего становится непрозрачным и приобретает окраску яшмы. Эти образования называют яшмоидами. От яшм они отличаются большим количеством минеральных примесей. Выделение минералов железа, в первую очередь гематита, одновременно с халцедоном ведет к образованию красных яшм. Зеленые яшмы возникают тогда, когда халцедоном цементируются не глины, а зеленые минералы: селадонит или хлорит. Особенно знаменит так называемый кровавик, или гелиотроп, Это зеленая яшма с ярко - красными пятнами - один из популярнейших камней древности. С этим камнем связано множество легенд. Считалось, что гелиотроп защищает от ножа, шпаги и других напастей. Кровавик - очень редкая яшма. Образуется она, видимо, в тех случаях, когда хлоритовая порода, содержащая пирит, перед цементацией её халцедоном окисляется. При этом золотистое сернистое железо - пирит - переходит в ярко-красную окись железа - гематит.
Встречаются ещё, так называемые, яшмовидные породы различного полиминерального состава и разного происхождения, с содержанием кварца в количестве менее 40% или не содержащие его совсем. Эти яшмы представляют собой магматическую, чаще всего эффузивную породу или туф, претерпевшие метаморфизм. При этом они приобретали мелкозернистость, хорошую полируемость и красивый узор, но, конечно, химический состав их резко отличен от состава настоящих яшм. Имеются подобные яшмы и на Урале; в частности, такими яшмовидными породами (туфами и лавами) сложены месторождения Калканское, Мулдакаевское и др.
Яшмы Южного Урала представляют собой интереснейший объект для художника камня. При некоторой доле фантазии в рисунке яшмы можно увидеть и бурное море, и закат в лесу, и многое другое. Стоит повернуть образец - перед нами новая картина.
Яшмы известны с палеолита, из них наряду с кремнем, нефритом и обсидианом делали примитивные орудия и инструменты. В античное время и средневековье яшмы, особенно полосчатые и красные, стали использоваться для резных украшений, из них вытачивали превосходные геммы. Яшма входила в число драгоценных камней. В древности из яшмы делали печатки и амулеты. Нередко яшма была предметом межплеменного обмена. В средневековье яшма стала одним из двенадцати священных камней. М.В. Ломоносов причислил яшму к наиважнейшим русским товарам, наряду с хрусталем и речным жемчугом. Примечательно, что в 1766 г. В Екатеринбурге (ныне Свердловск) была составлена первая карта месторождений цветных и драгоценных камней Урала, 68 месторождений на этой карте были яшмовые.
В настоящее время яшма используется в качестве поделочного либо ювелирно-поделочного камня. Однотонные (нерисунчатые) и крупнорисунчатые разновидности чаще применяются как поделочные или реже как декоративно-облицовочные камни в архитектурном оформлении интерьеров. Тонкорисунчатые яшмы часто применяются в качестве ювелирно-поделочного сырья (для изготовления вставок в ювелирные и ювелирно-галантерейные изделия).
В России известны уникальные изделия из яшм, поражающие своей красотой и совершенством камнерезного мастерства: камины во дворцах, колонны, вазы, канделябры и т.д. Нельзя не вспомнить при этом вазу из ленточной ревневской яшмы. Диаметр чаши составляет 6 м, общая масса 20 т. Великолепна ваза из серой калканской яшмы, высотой 1,3 м (Государственный Эрмитаж, Санкт-Петербург).
Яшма поистине уникальный камень. Как, писал А.Е. Ферсман: «Русская яшма заняла первое место во всем мире по богатству и размерам её месторождений».
5. Базальт Название происходит от эфиопского basal - железосодержащий камень. Магматическая горная порода, в составе которой преобладает плагиоклаз (лабрадор); присутствуют пироксены, оливин, магнетит, титанит, апатит и др. Химический состав близок к габбро, которое является глубинным его аналогом. Почти полностью кристаллические базальты называются долеритами.
 |
За пределами России добыча базальта ведется на Кавказе, Украине (окрестности Ровно).
Базальт - хороший строительный материал; используется для производства щебня и штучного камня, для облицовки сооружений. Базальт прочен, хорошо поддается шлифовке. Поэтому его издавна применяют для скульптуры (Др. Египет, Ассирия, поздний Рим, Византия, современная Армения). Базальт легко плавится. В плавленом виде он используется при изготовлении кислотоупорной химической аппаратуры, труб, электроизоляторов сильного тока.
6. Кварцит метаморфическая горная порода, которая в основном состоит из зёрен кварца, скреплённые кремнезёмом. В качестве минералов-примесей присутствует мелкочешуйчатый мусковит, биотит или хлорит, роговая обманка, гематит или магнетит, графит, мелкие кристаллы граната, иногда полевой шпат, редко - дистен или силлиманит и др. Присутствие этих минералов в заметном количестве определяет видовую характеристику кварцитов. Цвет светло-серый и серый. Яркую темно-малиновую, розовую окраску кварциту придаёт примесь гематита или лимонита, тонкие плёнки которых обволакивают зёрна кварца. Кварцит обладает большой твёрдостью: на свежей поверхности слабую царапину может оставить кварц или ещё более
 |
Кварцит является продуктом перекристаллизации кремнистых или песчанистых пород в результате регионального метаморфизма. Железистые кварциты, в которых, кроме кварца, присутствуют гематит или магнетит, образуются в результате перекристаллизации железистых песчаников или кремнистых сланцев. Промежуточные степени этого процесса зафиксированы в так называемых кварцито-песчаниках - породах, совмещающих в себе признаки и свойства кварцита и песчаника. При выветривании кварцита в первую очередь разрушаются минералы-примеси, а затем и основная масса породы, давая начало скоплениям высокосортных кварцевых песков. Кварциты залегают среди разнообразных метаморфических пород в виде сплошных пластовых тел большой протяженности. Особенно широко распространены кварциты в отложениях протерозоя. Многие разновидности кварцитов - важнейшая железная руда (например, месторождения Кривого Рога и Курской магнитной аномалии, оз. Верхнего в США, Лабрадора в Канаде).
Среди горных пород кварциту нет равных по долговечности. Он не боится огня, горячих щелочей, едких газов, кислот и даже «царской водки». Он идет на изготовление динаса и используется в качестве флюса в цветной металлургии; в химической промышленности они применяются как кислотоупорный материал, в строительстве - как материал для изготовления облицовочных плит, брусков, щебня. Красный кварцито-песчаник Шокшинского м-ния (Карелия) ценится как высокосортный облицовочный и декоративный камень. Им облицован Мавзолей Ленина и ряд станций Московского метрополитена. В Музее землеведения есть кварциты из месторождений Урала, Украины и Алтая.
7. Гранит - интрузивная магматическая горная порода. В основном состоит из полевого шпата - 65-70 % (плагиоклаз количественно преобладает над ортоклазом или микроклином, кварца - 25-30 %, а также небольшого количества слюды, реже роговой обманки. Причем темноцветных минералов (роговая обманка, биотит) гранит содержит очень мало (около 5-10 %). По содержанию и характеру темноцветных минералов выделяются следующие разновидности гранита: аляскиты, содержащие очень небольшое количество темноцветных минералов, белого плагиоклаза (олигоклаза). В случае содержания биотита порода получает название биотитового гранита , содержания мусковита - мусковитового гранита , при содержании роговой обманки - роговообманкового гранита , если содержит роговую обманку и биотит - роговообманково-биотитового гранита , а также щелочной гранит - с эгирином и щелочными амфиболами, полевыми шпатами (ортоклазом или микроклином и альбитом).
 |
Гранит является продуктом кристаллизации кислой магмы в глубинных зонах земной коры. Некоторые граниты образуются за счет перекристаллизации осадочных и других пород под воздействием высокой температуры, высокого давления и химически активных веществ (процесс гранитизации). Таким образом, граниты могут иметь магматогенное происхождение и могут образовываться за счет гранитизации.
При метаморфизме граниты превращаются гнейсо-граниты, ортогнейсы. Физическое выветривание ведет к превращению их в дресву и аркозовые пески. Химическое выветривание выражается в каолинизации полевых шпатов иногда с образованием пеликанита - смеси каолинита и опала и в развитии гидроокислов железа за счет темноцветных; этот процесс приводит к формированию глинистых пород. Гранит широко используется как строительный и облицовочный материал. Из гранита изготовляют блоки, плиты, карнизы, бордюры, а также детали различных машин и агрегатов для целлюлозно-бумажной, пищевой (крахмально-паточной), станкостроительной, металлургической и фарфоро-фаянсовой промышленности, так как они, в отличие от металла, не поддаются воздействию солей и кислот, не боятся влаги. Из него изготовляют жернова и вальцы для мельниц. Гранитные плитки - материал для изготовления железобетонных изделий и конструкций, гранитные блоки - для декоративного оформления зданий.
Признаками гранита хорошего качества являются свежий облик полевого шпата, высокое содержание кварца и низкое - слюды, отсутствие пирита. Одним из лучших сортов гранита, употребляемого для изготовления лестничных ступеней, колонн, памятников, для облицовки зданий, набережных и т.д. является гранит-рапакиви. Разработка его месторождений ведется в Карелии, Киевской области и на Урале (Бердяушский массив в Башкирии).
Гранит - наиболее широко распространенная в земной коре изверженная порода. Граниты развиты преимущественно в горных странах (Кавказ, Урал, Саяны, Тянь-Шань, Памир), где осадочные породы смяты в сложные складки и нарушены разломами. Особенно же они характерны для областей, где на поверхности обнажаются древние кристаллические сланцы и гнейсы (Карелия, Правобережная Украина и Приазовье, Енисейский кряж, Юго-Западное Прибайкалье, Ю.Якутия).
Музейная коллекция представлена гранитами из разных уголков земного шара. Только в уникальной геологической аллее представлены граниты из Италии (м-е Роза Бета), Украины (м-е Покостовское, Капустинское), Африки (Red Africa), Башкирии (м-е Мансуровское), Бразилии.
8. Мрамор - метаморфическая горная порода, образовавшаяся путем перекристаллизации известняка на большой глубине под воздействием высоких температур и давления. Структура у мрамора кристаллически - зернистая. Размер тесно сросшихся минеральных зерен - от долей миллиметра (мелкозернистые) до 1 см, реже до 3-5 см (средне- и крупнозернистые мраморы).
Порода состоит главным образом из кальцита и (или) доломита. Их количественные соотношения определяют видовую принадлежность мрамора (кальцитовый мрамор, доломитовый мрамор, разновидности смешанного состава). Мрамор имеет различный цвет; нередко он пестро окрашен и имеет затейливый рисунок. Мрамор поражает неповторимыми рисунками, расцветками. Белый цвет встречается у чисто скульптурного мрамора, серый до темно-серого обусловлен примесью графита и битуминозных веществ, зеленоватый цвет мельчайшими включениями хлорита или амфиболов, розоватый, красный, желтый и кремовый цвета за счет включений гематита и лимонита.
 |
Мрамор - прекрасный облицовочный, декоративный и скульптурный материал. Мрамор используется при отделке зданий, вестибюлей, подземных залов метро, в качестве заполнителя в цветных бетонах, идет для изготовления плит, ванн, умывальников и памятников. Из мрамора делают изящные кубки, светильники, оригинальные настольные приборы. Мрамор применяется в черной металлургии при сооружении мартеновских печей, в стекольной, электротехнической промышленности, а также в качестве строительного материала в дорожном деле, как удобрение в сельском хозяйстве и для выжигания извести. Из мраморной крошки изготовляют красивые мозаичные панно и плитки.
Месторождения белого мрамора известны на Урале (Коелгинское и Прохорово-Баландинское), серый мрамор добывается на Урале (Шелеинское м-е), и в Грузии (Лопотское). Цветные мраморы распространены также на Урале (Нижнее -Тагильское, Саткинское, Фоминское м-я), в Грузии, Карелии, в Хакасии, на дальнем Востоке, в Саянах и др. За границей широкой известностью пользуются месторождения мрамора Италии (Каррара), и Греции (о. Парос).
В музее представлены мраморы из Урала (г. Н.Тагил), Алтая (Змеиногорский р-н), Ср. Азии (Газган), Казахстана, Узбекистана и Туркмении. Геологическую аллею украшаем мрамор из Норвегии (м-е Неро-Перл).
Таким образом, каждая из рассмотренных нами горных пород стала своеобразным толчком в поступательном развитии человечества, найдя свое место и целевое назначение. Человеку дана уникальная возможность пользоваться этими богатствами и наслаждаться их красотой и совершенством. Но главное не забывать, что и в мире камней есть свои законы, которым человек должен непременно следовать.
