第5章 風(fēng)化作用

地球科學(xué)學(xué)院白令安第5章風(fēng)化作用Chapter5Weathering外動(dòng)力地質(zhì)作用由外部能量（太陽輻射、天體引力等）引發(fā)的地球表層（水圈、氣圈、生物圈和巖石圈）的變化（成分、地貌等）。外動(dòng)力地質(zhì)作用削高填低本質(zhì)外動(dòng)力地質(zhì)作用作用方式風(fēng)化（Weathering）剝蝕（Erosion）搬運(yùn)（Transportion）沉積（Sedimentation）SomethingaboutWeathering樂山大佛：唐代開元元年（713年），歷時(shí)約九十年。SomethingaboutWeathering克雷帕特拉石柱為何在埃及聳立3500年完好如初，而到了紐約僅70年就面目全非？SomethingaboutWeathering同時(shí)代的墓碑為何會(huì)出現(xiàn)如此巨大的差異？5.1

風(fēng)化作用概念及意義5.2

風(fēng)化作用類型5.3

風(fēng)化作用影響因素5.4

風(fēng)化作用產(chǎn)物目錄5.1

風(fēng)化作用分概念及意義在大氣、水及生物的影響下，地表或近地表的巖石或礦物的物理性質(zhì)或化學(xué)成分在原地發(fā)生改變的地質(zhì)作用過程。風(fēng)化作用的意義沒有任何巖石可以抵擋大自然的風(fēng)化，沒有風(fēng)化就沒有如此嬌美的河山！1.研究古氣候、古地理、古環(huán)境變化及古構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等。2.認(rèn)識(shí)風(fēng)化作用的特點(diǎn)和規(guī)律，保護(hù)名勝古跡。Yungang

Grottoes,Shanxi3.尋找風(fēng)化礦床PingguoBauxite,Guangxi5.2

風(fēng)化作用的類型物理（機(jī)械）風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用5.2.1

物理風(fēng)化作用（PhysicalWeathering）地表或接近地表?xiàng)l件下，巖石、礦物在原地產(chǎn)生機(jī)械破碎而不改變化學(xué)成分的過程。5.2.1

物理風(fēng)化作用——溫差風(fēng)化晝夜溫差變化使巖石脹縮差異而產(chǎn)生崩解破碎的現(xiàn)象。5.2.1

物理風(fēng)化作用——冰劈風(fēng)化成人對(duì)地面壓強(qiáng)：1.5KPa，大氣壓：101KPa，子彈膛壓：3591KPa水結(jié)冰體積增大（9%），產(chǎn)生約96000KPa的壓強(qiáng)。什么地方冰劈作用最強(qiáng)烈？5.2.1

物理風(fēng)化作用——釋重風(fēng)化地下深處的巖石承受巨大壓力，當(dāng)上升至地表時(shí)，由于上覆壓力減小而產(chǎn)生張應(yīng)力，形成一系列與地表平行的破裂面。5.2.1

物理風(fēng)化作用——鹽類結(jié)晶鹽類結(jié)晶造成的干裂美國(guó)白天氣溫升高，鹽類結(jié)晶，體積膨脹（明礬結(jié)晶體積增大5%，對(duì)兩壁產(chǎn)生10kg/cm2）；夜晚氣溫降低，鹽類潮解、下滲，同時(shí)溶解沿途的鹽類，如此反復(fù)，導(dǎo)致巖石崩解。5.2.1

物理風(fēng)化作用產(chǎn)物及特點(diǎn)大小不一、棱角分明、沒有層次；原地或滾落至平緩區(qū)域；碎屑成分與下伏巖石一致。5.2.2

化學(xué)風(fēng)化作用（ChemicalWeathering）溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸鹽化作用、氧化作用Wanfenglin,Xingyi,Guizhou水解后的花崗巖Madagascar巖石在水、氧及二氧化碳等作用下化學(xué)成分變化，生成新礦物。5.2.2

化學(xué)風(fēng)化作用——溶解作用Yangshuo,Guilin易溶組分流失，難溶組分殘留原地。溶解度：石鹽＞石膏＞方解石＞白云石＞橄欖石＞輝石＞角閃石＞長(zhǎng)石＞石英5.2.2化學(xué)風(fēng)化作用——水化作用CaSO4

＋2H2O=CaSO4·2H2O

硬石膏石膏礦物吸收一定數(shù)量的水，并加入到晶格中，轉(zhuǎn)變?yōu)楹V物。石膏體積增大60%，對(duì)周圍巖石產(chǎn)生很大壓力，加快了物理風(fēng)化作用。5.2.2

化學(xué)風(fēng)化作用——水解作用4K(AlSi3O8)+6H2O→Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH

鉀長(zhǎng)石

高嶺石Al4(Si4O10)(OH)8+nH2O→Al2O3.nH2O+4SiO2+4H2O高嶺石

水鋁石（鋁土礦）鹽類礦物（強(qiáng)堿弱酸或強(qiáng)酸弱堿鹽）遇水后，與

OH-、H+反應(yīng)生成新的礦物（含OH-）。水解（風(fēng)化）作用后的花崗巖馬達(dá)加斯加5.2.2

化學(xué)風(fēng)化作用——碳酸化作用CaCO3

＋CO2

＋H2O=Ca(HCO3)2石灰?guī)r（溶于水）4KAlSi3O8＋2CO2＋4H2O=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋2K2CO3

正長(zhǎng)石高嶺石水溶液中的CO32-和HCO3-，遇堿金屬或堿土金屬，形成碳酸鹽。桂林山水最主要的因素之一是CO2加入，桂林地區(qū)結(jié)石發(fā)病率較其它地區(qū)高，很重要的因素就是飲用水中鈣質(zhì)太高。5.2.2

化學(xué)風(fēng)化作用——氧化作用2FeS2

+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4→Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3黃鐵礦硫酸亞鐵硫酸鐵

褐鐵礦（鐵帽）4Fe3O4

+O2+18H2O→12Fe(OH)3

磁鐵礦

褐鐵礦5.2.2

化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物1.Ca、Na、K、Mg等可溶性離子隨水流失；Fe、Al、Mn、Ni等難溶組分以氧化物形式殘留原地，如高嶺石、赤鐵礦、褐鐵礦等。2.原巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造模糊不清、疏松。3.化學(xué)風(fēng)化作用產(chǎn)物富集達(dá)到工業(yè)品位時(shí)，形成殘積礦床，如鋁土礦等。為什么海洋中富集Na、K、Mg？？？5.2.3

生物風(fēng)化作用（BiologicalWeathering）生物生長(zhǎng)和生命活動(dòng)對(duì)巖石、礦物產(chǎn)生的破壞作用。5.2.3

生物風(fēng)化作用——生物物理風(fēng)化5.2.3

生物風(fēng)化作用——生物化學(xué)風(fēng)化生物在生命活動(dòng)中，或腐爛，或分泌各種酸，或直接吸收礦物中的元素，造成巖石成分改變。5.2.3

生物風(fēng)化作用的特點(diǎn)腐殖質(zhì)和有機(jī)酸物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化同時(shí)三種風(fēng)化的對(duì)比物理風(fēng)化作用——機(jī)械碎屑物化學(xué)風(fēng)化作用——黏土生物風(fēng)化作用——土壤5.3

風(fēng)化作用影響因素氣候巖石性質(zhì)地形5.3.1

風(fēng)化作用影響因素——?dú)夂駿gyptNewYork5.3.2

風(fēng)化作用影響因素——地形高差：高山區(qū)物理風(fēng)化，低山丘陵及平原區(qū)化學(xué)風(fēng)化。朝向：朝陽面化學(xué)風(fēng)化，背陽面物理風(fēng)化。5.3.3

風(fēng)化作用影響因素——巖石性質(zhì)（成分）沉積巖：碎屑巖>化學(xué)巖、生物巖巖漿巖：酸性巖>基性巖變質(zhì)巖：淺變質(zhì)>深變質(zhì)可以簡(jiǎn)單認(rèn)為，越接近地表形成的巖石越穩(wěn)定！5.3.3

風(fēng)化作用影響因素——巖石性質(zhì)（差異風(fēng)化）Yangshuo,GuilinThePinnacles,WesternAustralia差異風(fēng)化：由于成分等導(dǎo)致巖石的抗風(fēng)化能力不同，抗風(fēng)化能力強(qiáng)的突出地表，抗風(fēng)化能力弱的形成凹坑。5.3.3

風(fēng)化作用影響因素——巖石性質(zhì)（構(gòu)造）球狀風(fēng)化：厚層砂巖或巖漿巖，節(jié)理切割，被風(fēng)化成球狀或橢球狀的現(xiàn)象。5.4風(fēng)化作用的產(chǎn)物SaproliteCentralMadagascarAlabamaHills,California化學(xué)風(fēng)化殘積物：殘余巖屑和新生礦物物理風(fēng)化殘積物：殘余巖屑?xì)埛e物5.4.1

風(fēng)化作用的產(chǎn)物——土壤地表巖石礦物經(jīng)物理化學(xué)和生物風(fēng)化作用，形成富含腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)的殘積物。A層（表土層）：腐殖質(zhì)層（色深）、淋溶層（色淺）B層（淀積層）：礦物質(zhì)豐富C層（母質(zhì)層）：未受淋溶或淀積的風(fēng)