★第五章风化作用与剥蚀作用

第五章风化作用与剥蚀作用

第一节风化作用

目的要求

风化作用是大气圈、水圈和生物圈与出露在地表岩石之间的相互作用，主要通过物理力和化学分解两种方式破碎岩石。风化作用的产物，最终停留在基岩的表面，形成一层各地厚薄不等的疏松薄壳，其上部进而成为土壤。而土壤则是大部分陆生生物活动的基础，因此风化作用具有重要的生态学意义，要求深入理解。

课时：2学时

授课内容

∙一、风化作用的概念

∙二、风化作用的类型

o（一）物理风化作用

1.温差作用

2.冰劈作用

3.释荷（卸载）作用

4.盐类的结晶与潮解作用

o（二）化学风化作用

1.氧化作用

2.溶解作用

3.水解作用

4.水化作用

o（三）生物风化作用

∙三、风化作用的产物

o（一）物理风化作用的产物

o（二）化学风化作用的产物

o（三）生物风化作用的产物

o（四）风化壳

o（五）土壤

∙四、影响风化作用的因素

o（一）岩石的性质

o（二）气候与地形

重点

本节课程的重点应放在：

1.机械风化包括多种应力作用，但最明显的是冰劈作用；

2.化学风化的主要类型是氧化、溶解和水解作用；

3.在风化作用中裂隙很重要，因为它使空气和水能在很深的地方侵蚀岩石，同时它还

大大增加了岩石发生化学反应的表面积；

4.风化作用有一种使被破坏的岩石块体产生球形表面的普遍趋势。

难点

本节课的难点在如何简要阐述风化壳的时间意义。

教学方法

本节课以叙述为主配合图件，择重讲授。

讲授重点内容提要

∙一、风化作用（weathering）

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。

风化作用是一种自然现象，如古墙的层层脱落；石刻的模糊不清、残缺不全；路基的斑剥，甚至铁器的生锈等等，均与风化作用有关。

风化作用可以是机械的破坏，也可以是化学分解，而生物风化作用两者皆而有之。

风化作用是一种岩石在原地遭受破坏的作用。破坏下来的产物除部分被水溶液带走外，一般不发生显著的位移，这是与其它外动力作用最明显的区别。

必须指出，风化作用与风的地质作用，在概念上是毫不相关的。

∙二、地球内部圈层的划分

根据风化作用的性质，将风化作用分为三大类：物理风化、化学风化及生物风化作用。

o（一）物理风化作用（physical weathering）

岩石在地表条件下，在原地产生机械破碎，而不改变其化学成分的过程称为物理风化作用。

1.物理风化作用最重要的方式是卸载（释荷）、温差和冰劈作用。

i.卸载作用（unloading）

卸载作用是处在地下深处的岩石，由于受高温高压

的影响，因此坚硬而致密。当它转移到地表常温常压条件下

时，由于静压力解除，在张应力作用下自发膨胀，这种现

象就叫卸载，即能量释放，负荷减轻，结果使岩石表面产生

一系列平行或垂直于地表的裂隙，这种裂隙就叫席理。由于

长期的卸载作用，促使岩石层层剥离崩解，所以又叫剥离

作用。

ii.温差作用

温差作用是因气候变化而导致岩石产生崩解。由于

岩石导热性差，不同的造岩矿物有不同的体胀系数。白天太

阳照射，热向岩石内部传递，岩石内外之间出现温差，结

果在岩石表里之间产生平行裂隙，使岩石表面出现层层脱

落。晚上因内热外冷，表里不一，于是出现垂直于岩石表面

的裂隙，最后崩解为沙泥（图5—1）。

iii.冰劈作用（riving）

冰劈作用是当昼夜气温在0℃上下变动时，渗透在岩石裂隙中的水，时而冻结，时而溶解。冰冻时因体积增大，

使岩石裂隙扩张，最后使岩石崩解（图5—2）。

图5—2 冰劈作用示意图

一般说来，冰冻风化主要发生在弯弯曲曲的岩石裂隙中，因为向上张开的“V”形裂隙，在产生冰劈时，压力

会向冰帽方向转移，岩石就不易产生进一步的破坏。在干旱

和半干旱地区，由于盐类在岩石裂隙中的过饱和结晶，也同

样可以挤碎岩石。

2.物理风化作用产物的特征

物理风化作用产物的特征主要有：

1.破碎后的颗粒粗细不等，棱角显著，没有层次；

2.多分布在水分岭上或斜坡上；

3.碎屑物的成分与下覆基岩成分一致。

（二）化学风化作用（chemical weathering）

化学风化作用是指大气和水所引起的氧化、溶解、水解、水化等作用对岩石的分解破坏过程。化学风化作用使岩石的矿物成分发生变化，转变为地表稳定的新矿物。这是与物理风化作用的区别。

化学风化的速度在很大程度上受降水量的影响。世界上没有一个地方是永久干旱的，即使是在干燥的荒漠地区也有化学风化的痕迹。所以它属于世界范围的作用。然而在终年冰冻的寒冷气候区，化学风化十分微弱。

化学风化作用的方式主要是：氧化、溶解和水解作用。

.氧化作用（oxidation）是指大气中的氧与矿物化合形成氧

化物的作用。

在地下水面低，地形起伏大，岩石裂隙发育的温湿

地区，氧化作用进行得比较充分，深度也大，甚至可达百米

以上，从地面到地下被氧化的地带，叫氧化带。自然界许

多元素都具有与氧结合的能力，特别当岩石的矿物中含有低

价元素时，大气中的氧会很快与之反应，转变为地表稳定的

新矿物。常见的例子如硫化物中的黄铁矿（FeS

2

），经风化

后就转变成了褐铁矿（FeO

3·3H

2

O）。当黄铁矿转变为褐铁

矿后，不仅矿物成分发生了变化，矿物的颜色、比重、硬度甚至结构也都发生了变化，这是反应中产生的硫酸腐蚀分解矿物的结果。黄铁矿风化后所形成的褐铁矿，一般留在原

地，其它成分经氧化形成易溶的盐类，被水带走，使氧化带中铁的含量大大增加。这种富集在地表氧化带顶部的褐铁矿因成红褐色，称为铁帽（gossan）。它的出现常认为是寻

找原生金属硫化矿床的标志。

i.溶解作用（dissolution）

自然界纯水是罕见的，不论地表水还是地下水，都

不同程度的含有各种气体（O

2、N

2

、 CO

2

）和化合物（酸、

碱、盐），因此自然界的水都是水溶液。不同的矿物，溶解

度差别很大，如在常温下（20℃），纯水对云母的溶解度为

0.0029g/㎏；对方解石的溶解度为0.015g/㎏；对岩盐的溶

解度为320g/㎏。从以上三种矿物的溶解度说明：在自然界，

硅酸盐类的矿物最难溶。碳酸盐、卤化物、硫酸盐等较易

溶解。矿物溶解度的大小，一方面决定于化合物的性质，另

一方面决定于外界条件（水和水溶液的温度、压力及CO

2

的

含量等）。

溶解作用的结果是：易溶物质流失，难溶物质残留

原地，岩石孔隙增多，硬度变小，岩石被破坏。

水解作用（hydrolysis）

某些矿物一遇水就变成带氢氧根离子（OH－）的新矿物，这种化学作用叫水解作用。