《风化作用》PPT课件.ppt

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1、地质地貌学,长安大学 地质工程系成玉祥,第四章 风化作用,第一节 风化作用的类型第二节 影响风化作用强度的因素 第三节 主要矿物和岩石的风化 第四节 风化壳,第一节 风化作用的类型,一、风化作用所谓风化作用，就是岩石在地表常温常压下，遭受大气、水、水溶液及生物的破坏作用，使坚硬的岩石变成疏松堆积物的过程。岩石的风化作用按作用因素与作用性质的不同，可分为物理风化、化学风化与生物风化三大类，事实上这三者常是联合进行与相互助长的，划分只是为了讨论的方便。,物理风化是指岩石在外力影响下，机械地分裂成碎屑，只改变大小与外形，而不改变成分的过程。产生物理风化的原因以地球表面温度的变化为主，所以物理风化大都

2、属于热力学的风化。此外，岩石空隙中水的冻结与融化，岩石空隙中盐的结晶胀裂，均会促使岩石破碎。,（1）矿物岩石的差异性胀缩。（2）水的冻融作用。（3）矿物的水化与结晶膨胀作用。,二、化学风化化学风化作用是指岩石在地表与水、氧气、二氧化碳和生物分解的气体及有机质等长期接触，在原地逐渐发生化学反应而分解，不但改变其物理状态，而且改变了化学成分的作用。,（1）溶解作用。水是一种天然的溶剂，矿物镕于水的过程就是溶解作用。自然界中易溶于水的矿物有卤化物、硫酸盐和碳酸盐类矿物等。矿物溶解度的大小除决定于本身的性质外，尚与温度、压力和水溶液的性质等条件有关。当水中含有CO2时，可加速石灰岩（方解石组成的岩石）

3、的溶解过程。反应式如下：,（2）水化作用。有些矿物与水作用时，能够吸取水分作为自己的组成部分，形成新矿物，称为水化作用。例如，硬石膏水化作用后形成石膏。,（3）水解作用。水具有微弱的离解性质，即一部分水可离解成为含有活泼的H+和OH离子的溶液。矿物溶于水后，也出现离解现象，这些离解物质与水中的H+或OH离子互相作用形成新的化合物，这叫水解作用。,（4）氧化作用。空气中的氧在有水的情况下，氧化力很强，岩浆中的铁多为低价铁，可被氧化为高价铁，从而使结晶格架破坏，例如：,三、生物风化生物及其生命活动对岩石、矿物产生的破坏作用称为生物风化，实际上也表现为物理与化学两种形式。生物的物理风化方面，如树根在

4、岩隙中长大，穴居动物的挖掘等，都引起岩石的崩解和破碎。,第二节 影响风化作用强度的因素,一、岩石性质（1）岩石的矿物成分。岩石的矿物成分单一的，受热后差异膨胀较小，因而较能抵抗风化。面矿物成分复杂的岩石，因各矿物的抗风化强弱不一，部分矿物先行风化，就会促使岩石崩解。岩石由于矿物成分不同，颜色也不同，通常深色的矿物吸热多且快，比浅色矿物容易风化。,（2）岩石的结构。矿物颗粒细小已呈等粒状结构的岩石，比粗粒状的和斑状的岩石抵抗物理风化的能力较强，因为前者在温度变化时产生不均匀的膨胀较少坚硬致密的岩石，抵抗风化的能力较强，而疏松多孔的岩石与水分、空气接触的面积大，容易进行化学风化。一般说，较坚硬的砂

5、岩、板岩与石英岩等，它们的风化作用是以物理崩解为主，但崩解并不彻底，因此，在地表上常产生大量的碎石缺。,（3）岩石的构造。岩石有层理或片理裂隙的易被水分空气侵人而引起风化，某些岩石常有节理或处于断裂带的，也常常风化比较剧烈。某些相当坚硬的岩石，由于有垂直节理，可以形成陡峻的崖壁，壁下则堆积着许多风化破碎物质，野外常见到地层交接的地方或沿着断层线都会形成沟谷，就是这部分的岩石易受风化而被蚀去所致。,二、岩石所处的环境条件（一）气候不同气候地带的水分与温度的条件不同特点如下：（1）极地气候区。由于温度低，所以因水的冻结融化而产生的物理风化作用强烈学风化微弱，风化产物中粘土很少。（2）沙漠干旱气候区

6、。物理风化为主，以温度变化的作用占优势。（3）温带湿润气候区。温和多雨，植物生长茂盛，所以化学风化和生物风化占重要地位，水的冻结与温度变化作用都较次要。（4）热带湿润气候区。温度较高，雨量丰富，化学风化和生物风化特别强烈而迅速。,（二）地形与植被坡地或陡崖地段，表面风化产生的岩屑不断下坠，使新鲜岩石不断向外暴露，风化的速率便比山麓快。如地表有植被掩盖，则温度变化小，物理风化较弱，但由于水分及生物作用的加强，对化学风化又有一定的促进。此外由于地形与植被不同所引起小范围气候的差异，对风化也有影响。例如山南与山北、岗地与洼地、林下与秃山等的风化都有明显的差别。,第三节 主要矿物和岩石的风化,一、矿物

7、（一）主要矿物对风化作用抵抗力的比较各类矿物在水中的溶解度不同，经水的作用后，风化快慢有显著差别化物类硫酸盐类碳酸盐类磷酸盐类硅酸盐类。在常见的硅酸盐矿物中，风化难易的次序是橄揽石辉石角闪石黑云母滑石蛇纹石绿帘石斜长石正长石白云母石英。,（二）重要矿物在风化过程中的表现（1）石英。由于硬度高，溶解度小，石英在常温条件下进行水化或与其他物质结合都很困难，所以不易风化，成为地面最稳定的矿物。因此在野外常可见到石英脉或石英块突露于岩体的表面、同时在碎屑沉积岩中大部分为石英颗粒所组成。,（2）长石类。长石的硬度高，颜色浅，接受物理风化较难，但受化学风化作用远较石英容易。各类长石（包括钾长石、钠长石及钙

8、长石等）受二氧化碳及水的作用后，都会起高岭石化作用，风化的产物是高岭石为主的粘土，还有胶状氧化硅与碳酸盐，而后者多半被流水带走，有时也可以沉淀在附近岩石的裂隙中。,在无碳酸盐岩体上，以及湿热条件下，有时因地下水产生还原性条件和有机酸的积累，使水的PH值降低，长石将强烈风化，形成大量高岭石组成的漂白岩体，称为“潜育高岭化”。我国南方土层深处或山蓖边缘地方常有这种漂白岩体分布。在长石类中，因为结晶格架与离子种类的差异，斜长石较正长石更易风化，在风化产物上，斜长石除形成高岭石外，还常形成蒙脱石与埃洛石等矿物。,（3）云母类。黑云母较白云母易于风化，在化学风化过程中，黑云母常被分解，以致游离的盐基随水

9、流失，本身发生水化，失去原有的弹性与光泽，当进一步分解时，可成为铁的氧化物或氢氧化物以及粘土矿物等。反应如下：,（4）铁镁矿物。由于颜色深，又含有亚铁成分，铁镁矿物易起化学风化，留下孔隙或风化痕迹。含铁、镁的硅酸盐矿物，例如普通角闪石与辉石等，风化后，铁、镁游离，形成氧化铁与氧化镁等化合物，其他部分则形成蛋白石与埃洛石等较稳定的矿物。,（5）碳酸盐。在常见的造岩矿物中，碳酸盐是最易溶解和随水移动的一种，尤其在生物活动繁盛、水中含CO2较多的地方。同时由于流动的碳酸盐溶液在环境改变时，CO2析出，碳酸盐溶液也很容易再沉淀。所以很多岩石的裂隙、节理及火山岩的气孔里，常可见到碳酸盐的充填。,（6）硫

10、化物。硫化物也是较易风化的矿物，一般通过氧化作用形成硫酸及硫酸盐。硫化物风化的最大特点是使附近的水及部分风化物变成强酸性，pH值可以降至12，这一作用常是通过硫化细菌来完成的。在强酸性的环境下，二价铁是稳定的，但当溶解的二价铁在水面上接触空气氧化时，就成为Fe(OH)3，这就是水面上常见的红棕色胶膜，有时也可进一步变为胶状沉淀并使风化物呈现锈色斑点。大量硫化物的风化会对附近农田造成强酸性的危害。,二、岩石（1）花岗岩。在植物覆被差，物理风化为主的情况下，花岗岩最易发生崩解的粒状结构及矿物成分复杂有关。花岗岩内含石英及长石等抗风化力强的矿物多化后性质变化不很显著，只是崩解为散碎的砂粒。在湿热的气

11、候条件下，花岗岩中石英保留为粗的砂粒，而长石等则经化学风化而成为粘粒，会形成砂中带粘土的风化物，这种风化物的质地对农耕来说，还是比较适合的。,花岗岩形成的土壤，层次多半深厚，又有长石风化后供给的钾素，稍加培育后，肥力尚佳。但在沙性土壤遭受侵蚀的地方，便十分贫瘠。花岗岩常有数组节理穿插，将岩体分割成块，风化作用多沿节理进行，使棱角与边缘先风化破碎，留下球形的岩块，这种现象称做球状风化。,（2）玄武岩。深色，易于吸热，由于深色矿物易受化学风化，所以玄武岩容易风化其风化产物质地多枯细。但由于含不易风化的磁铁矿，所以其粘重程度稍次于一般石灰岩的风化物。玄武岩上形成的土壤，在南方常呈瞎棕或棕红色含盐基丰

12、富，矿质营养较多。柱状节理发育的玄武岩地区，如风化作用不十分强烈，常出现陡峭的山坡，但顶部仍甚平坦，也有些地方形成微波起伏的台地或方山地形。,（3）页岩。多半硬度低，松软，风化迅速形成的地形比较平缓，因而风化层比较深厚。风化物一般质地粘重，矿质营养较丰富，保水力强，易形成比较肥沃的土壤。,（4）砂岩。因为构成砂岩的矿物主要是石英，抗风化力强，所以砂岩的风化物与原来的岩石性质比较接近，含砂旦较高，松散，易于透水。砂岩的风化情况与胶结构的关系很大，泥质或碳酸钙胶结的砂岩，风化快，能生成较厚的风化层次，松散面无大块。由硅质或铁质胶结的岩石，则风化难，风化层薄，常有大岩块夹杂。,（5）石灰岩。其主要成

13、分是碳酸钙，在湿润气候条件下，风化作用以溶解为主。风化产物多是质地粘细，含钙质丰富，酸性较弱。地面的残积物层与下面基岩之间，没有过渡的半风化层，界线十分清楚，经常是基岩裸露，土层浅薄，植被不易生长。石灰岩的风化难易与岩石的成分及构造有很大关系，例如硅质石灰岩风化难，泥质石灰岩风化较易；厚层石灰岩风化难，而薄层石灰岩经构造破碎的，则风化较快。,（6）石英岩。石英岩坚硬致密，风化最为困难，常会突起成为较高的山峰，风化时以机械破碎为主，沿着节理形成陡峭的山坡。地面的大石块多，风化层薄，含有大小不一的带棱碎石。石英岩上形成的土壤含养分少，酸性强，质地粗，保蓄力不强，大多肥力不高。,（7）片岩。片岩质地

14、不很坚硬，又易成片脱落，使风化作用容易进行，风化层次尚厚、一般风化产物内部夹有岩石碎片、如岩石碎块过多、对农作物生长不利。,第四节 风化壳,一、风化壳的概念岩石经过风化以后，部分物质随水溶解流失，部分物质变得疏松，残留于地表，叫做残积物。残积物可以经搬运成为其他类型的堆积物。从整个岩石圈来看，上层部分都是风化的残余物（包括就地堆积的与经过搬运的），它们构成一层薄薄的外壳叫做风化壳。,对于风化壳的上下部分，其岩石经受风化的程度是不同的，愈近地表，风化程度众深。一般的残积风化壳自地表向下进行分层。第一层：风化强烈，多细小的矿物质，腐殖质多。第二层：矿物质分解较差，腐殖质较少。第三层：半风化岩石层，

15、岩石的外貌尚可辨别，但已开始风化。第四层：未经作用的新鲜岩石。,二、风化作用中元素迁移顺序及风化的阶段性（一）风化作用中元素迁移的顺序根据原苏联B波雷诺夫提出的学说，风化壳在发展过程中，由于各元素的物理化学性质以及生物活动选择吸收等原因，使各元素有下列迁移序列，,可见，由各元素的迁移能力相差悬殊，例如Cl、S的迁移速率是Ca、Mg、K、Na的20倍，是Fe、A1、Ti的2000倍。自此也可见大陆低地及海洋中参加现代积盐的主要化合物必然是NaCl、Na2SO4、MgSO4和CaSO4等，因这些元素是最易从风化壳中淋失的。,（二）风化作用的阶段根据上述迁移序列的分析，风化作用是按照下面几个阶段进行

16、的：（1）机械破碎为主的碎屑阶段。它是岩石风化的最初阶段，物理风化占优势，化学风化作用不明显，只有最易淋失的氯和硫发生移动，风化完中主要是粗大的碎屑，也年青的山区与常年积雪的高山及两极地区，广泛分布着这种风化壳。,（2）钙淀积或饱和硅铝的阶段。所有的氯和硫都已从风化壳中淋失，钙、镁、钠、钾等大部分仍保留在风化壳中，并且有一些钙在风化过程中游离出来，成为碳酸钙，淀积在岩石碎屑的孔隙中。风化壳呈碱性或中性反应。存在于这一风化壳中的粘土矿物以蒙脱石及部分水云母为主。在气候比较干旱的草原或荒漠地区，风化过程也常停留在这一阶段，风化完的粘土矿物以水化度低的水云母为主，其次为蒙脱石。我国新疆、内蒙等地的灰

17、钙土、摸钙土地区可作为代表。,（3）酸性硅铝阶段。风化壳遭到强烈的淋溶作用，在风化过程中分离出的钙、镁、钠、钾都受到淋失、同时硅酸盐与铝硅酸盐中分离出来的硅酸也部分淋失。风化壳呈酸性反应，颜色以棕或红棕色为主，存在于这一风化壳中的粘土矿物以高岭石及埃浴石为土。这一阶段的风化壳以我国秦岭、大巴山之间谷地及江淮丘陵的黄棕壤为代表。,（4）铝的阶段。它是风化作用的最后阶段，风化壳受到相当彻底的分解与淋溶，粘土矿物也被破坏。淋失的不仅是盐基，而且也有硅酸盐中的全部硅酸，残留的只是铁与铝的氧化物，形成鲜明的红色。我国华南沿海的砖红壤地区可为这一阶段的代表。,由此可见，自然界的风化作用是一个由浅入深的连续

18、过程。在各地，由于风化条件的不同使风化壳的发展处于不同的阶段。此外，从风化过程中移出的化合物，在某种条件下，又可在某些风化壳小累积，这样便形成了各种类型的风化壳。,（三）粘土矿物在风化过程中的演变在不同的风化阶段中，由于风化程度的不同，土壤里粘土矿物的变化有着明显的规律。我们可以根据这一规律来大致判断风化作用的深度，并了解各粘土矿物的发生变化与环境间的关系。,可见，在风化过程中，粘土矿物的演变有一定顺序，从左到右，风化程度由浅到深，矿物成分和结构由复杂到简单。但也可发生逆反应。例如蒙脱石可复钾而成水云母。上述风化顺序显然要受环境条件的影响。例如，长石等矿物在多镁的条件下，可风化成蒙脱石，但也可

19、在湿热气候条件下，直接经强烈风化而变成铁、铝氧化物。这样，在不同条件，不同的风化阶段中产生不同的粘土矿物，因而，在不同的风化壳中便相应地有不同的粘土矿物。,三、影响风化壳形成的因素及风化壳的地理分布（1）气候。温度与湿度均影响矿物的分解，水分的多少还直接决定从岩石内移出的元素是否向侧移动或向下移失。所以内陆与沿海、南方与北方有不同类型的风化壳。在湿热的气候下，如地形条件有利，风化完可深达数十米，沿着岩石裂隙或破碎带，可深达数百米，但在干燥的气候下，风化壳厚度常不超过数米。,（2）地形。地形部位高，物质易于淋失，风化壳向酸性方向发展较快，反之低洼地易接受白高处流入的盐基物质、并接受坝积，风化完不

20、易向酸性方向发展。海拔高度七坡向等影响水热条件，也关系到风化壳的发展，所以山脊与山脚、高山与滨海都有不同的风化壳类型。一般说，平原或波状起伏的地形和相对静止的构造状况是形成厚层风化壳的有利条件。,（3）时间。风化壳的发育需要一定的时间，例如凡地面发育年龄愈久的地段，风化壳常也有较深的发育程度，在构造运动中形成不久的地面，便不可能出现发育度较深的风化壳。例如在非洲，有一直末被第四纪冰川覆盖过的保罗纪的古老风化壳，发育程度极深。我国境内的风化壳则以华南红境地区的发育程序较深，这除了气候温暖潮湿的因素以外，还因为华南的地面脱离第四纪则rr影响的时间较早，风化完发育的时间较长。,由于影响风化壳发育的地形、气候等因素在地面上常做有规律的变化，所以风化壳的地理分布也有一定的次序，例如从高山（风化较弱）到平原（风化较强）；从高地（盐基易淋失）到洼地（盐基易积聚）；从内陆（物理风化强，水的淋洗少）到沿海（化学风化强，水的淋洗多）；从南方（物质移动及矿物分解容易）到北方（物质移动及矿物分解较难）等等，风化壳类型的变化都有明显的规律。,思考与复习题,1、什么叫风化作用？2、风化作用有哪些主要类型?3、影响风化作用的主要因素是什么？4、如何划分风化带?5、影响风化壳形成的因素是什么?,