《地质地貌学》第四章风化作用类型和影响因素
风化作用的概念及类型
风化作用深度讲解Weathering※风化作用的概念及类型定义：暴露于地表或近地表的岩石或矿物，在大气、水及生物的联合影响下，使原来岩石的物理性质或化学成分在原地发生改变的地质作用过程。
风化和剥蚀紧密相连，但风化一般不发生大规模的位移，剥蚀则具明显的位移。
根据风化作用的因素和性质分为三大类型：一、物理（机械）风化作用二、化学风化作用三、生物风化作用一、物理风化作用物理风化作用（Physical weathering，又称机械风化作用）：地表或接近地表条件下岩石、矿物在原地产生的机械破碎而不改变其化学成分的过程。
物理风化作用的方式1.矿物岩石的热胀冷缩——温差风化2.岩石空隙中水的冻结与融化——冰劈作用3.岩石卸载（释重）——层裂4.岩石空隙中盐的结晶与潮解（1）岩石是热的不良导体，其表层和内部在昼夜及季节温差变化下不能同步膨胀或收缩。
（2）岩石中不同种类矿物的热膨胀系数也不同，温度变化会引起不同矿物的差异性胀缩。
1.温差风化由于昼夜温差变化使岩石发生胀缩差异而产生的崩解破碎现象。
2.冰劈作用岩石裂隙中水结冰膨胀，对裂隙周围产生压力，裂隙扩大，当温度上升至冰点以上时，冰重新融化并下渗填满空隙，再冻结时，又可使裂隙扩展。
如此反复，空隙不断扩大，从而使岩石崩解。
3.释重作用地下深处的岩石承受巨大静压力，岩石从地下深处上升到地表时，由于上覆静压力减小而产生张应力，形成一系列与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。
4.盐的结晶与潮解干旱、半干旱地区，地壳表层岩石空隙中含盐分较多。
白天，烈日烤晒，气温升高，水分蒸发，当盐分浓度增加至过饱和时，发生结晶，体积膨胀（如明矾结晶体积增大5%，对两壁产生10kg/cm2），孔隙扩大；夜晚气温降低，盐分从大气中吸收水分而潮解、下渗，同时也将沿途盐分溶解下渗到新产生的空隙中，如此反复进行，则导致岩石崩解。
二、化学风化作用化学风化作用（Chemical weathering）：地表岩石在水、氧及二氧化碳等作用下发生化学成分变化，并生成新矿物。
风化作用影响因素
影响风化作用的因素♥影响风化作用的因素♥气候、地形和岩石性质是影响风化作用方式和速度的主要因素。
1、气候条件的影响对风化作用起重要影响的气候因素是气温和降水量。
高纬度寒冷地区或气候干旱的中低温度荒漠地区，降水量少或地面水多呈固态，生物稀少，主要盛行物理风化作用；气候潮湿而炎热的地区，植物繁盛，化学风化和生物风化作用普遍而强烈，岩石矿物被强烈分解，可形成厚达百米的风化壳。
不同气候带风化作用进行的程度有较大的差别，如下图所示。
不同气候带风化作用的强度和深度（据W.K.汉都林，1990）2、地形条件的影响地形对风化作用的影响，首先表现在高山区气候可产生垂直分带现象，不同的气候分带，其风化作用的方式和速度也随之不同；其次地形的陡缓对风化作用也有影响，缓坡地下水位高，植物生长茂盛，以化学风化和生物风化为主，而陡坡则以物理风化作用为主；坡向也影响风化作用，阳坡物理风化作用强，阴坡的化学风化作用更强烈一点。
3、岩石性质的影响岩石由矿物组成，矿物抗风化能力的强弱直接影响到岩石的风化作用速度。
以岩浆岩为例，微榄石、辉石、角闪石、黑云母等暗色矿物，比长石、石英等浅色矿物的抗风化能力弱，所以由暗色矿物为主要组成的超基性岩和基性岩比有浅色矿物为主要组成的酸性岩更易于风化。
抗风化能力不同的岩石在地表相间出露时，则会出现差异风化现象，易风化的岩石相对下凹，不易风化的岩石相对凸起。
花岗闪长岩中闪长岩包体差异风化现象岩石的裂隙发育程度对风化作用也有显著的影响。
裂隙发育增加了水和空气与岩石接触的面积，使风化作用易于进行。
被裂隙分割成块状的岩石，其棱角部位与外界接触面积最大，最易遭受破坏。
当风化作用进行到一定程度后，岩块棱角消失，趋于球形。
这种现象称为球形风化(图4)。
岩石的结构对风化作用有一定的影响，岩石结构较疏松、不等粒结构易于风化，粒度粗者较细者易于风化。
工程地质学-第四章 风化作用
水的冻融
贮藏在地表岩石 空隙中的液态水， 当温度下降到摄氏 零度以下时，就会 结冰，结冰后的体 积体积增大1／11左 右空隙中产生巨大 的，这种压力就会 岩石裂开。
山西省新广武～原平高速公路5号高边坡 （坡高58m）尚未开挖，倾向坡面软弱结构面明显
古风化壳：地质历史时期形成的的风化壳。
★找矿： 因风化壳上常有风化矿床（见铝土矿）
★ 恢复古地理，古气候： 不同风化壳的厚度、成分来研究，因它们直接
与气候有关。
★ 构造研究： 古风化壳具有不整合意义（不整合面上常有风
化壳存在），因此它又可叫风化剥蚀面，通过不 整合面研究（古风化壳）可知地壳运动的性质。
如：块状岩石遭 受多组裂隙破坏，在 交叉处最易风化， 最后将岩石变为球形 体（球状风化）。
构造运动的影响： 上升区—风化较强、 物理风化盛行， 稳定或下降区—地形 平坦，风化产物堆积 原地，流水，生物丰 富，化学风化、生物 风化盛行
球形风化
球形风化
球形风化
第四节 风化作用的产物
土壤 岩石经过物理风化作用、化学
第三节 影响风化石作柱风用化的前后因对比素
气候因素
气候因素主要是降水量、 湿度和温度。因水在风化 中作用强烈，而温度对风 化速度。
1 寒冷区——物理风化为主 （寒冻风化），化学风化 生物风化不强烈。
2 干旱区——温差大，降水 少，物理风化为主。
3 炎热潮湿区——水多，气 温高，生物繁茂，所以化 学、生物风化强烈 。
第三节 影响风化作用的因素
风化作用——地貌过程的先导
地貌学与第四纪地质学Geomorphology and Quaternary Geology风化作用—地貌过程的先导目录010203风化作用概念风化作用的类型影响风化作用的因素——地表或接近地表的坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散堆积物的全过程。
Weathering is the decay of rocks by biological, chemical,and mechanical agents with little or no transport.一、风化作用概念风化作用是岩石、矿物在地表或接近地表环境条件下“”的一种响应，其生成环境条件（平衡状态），相反则易风化。
物理风化化学风化生物风化二、风化作用的类型由于温度变化、水的冻融、盐类结晶等力的作用下，引起岩石的机械破碎，而不伴随有化学成分和矿物成分明显变化的现象。
主要发生在干旱寒冷的地区，风化深度相对较小。
岩石在水、氧及有机体等作用下所发生的一系列化学变化过程，引起岩石结构构造、矿物成分和化学成分的变化。
多发生于温暖潮湿的地方，风化深度可达百米以上。
生物的生命活动引起岩石的分解，一般可分为生物物理风化作用、生物化学风化作用。
本质上物理和化学风化两种方式物理风化为化学风化化学风化是物理风化的进行、互相影响、互相促进,但有之分。
1.物理风化作用方式：温差风化、冰劈作用、盐类的结晶与潮解、岩石卸荷……夜间吸收水分潮解白天烈日照晒结晶常见于温差大的干旱和半干旱地区常见于高纬度及高山区多发生在干旱及半干旱地区大型火成岩形成于地表深处围压很大的位置围压深部岩体节理A、深埋火成岩体膨胀及板页状剥离卸荷破裂——俗称洋葱结构美国约塞米蒂国家公园Half Dome的洋葱结构1.原始受力均衡2. 剥蚀作用3.调整，再均衡原理2.化学风化的方式①溶解作用②氧化作用④水化作用③水解作用化学风化的介质：①水；②大气（特别是氧气）；③酸；④生物（从土壤水中去除离子，降低土壤矿物的化学稳定性，植物根系释放有机酸）⑤碳酸化作用根劈-生物物理风化地衣-生物化学风化蚁穴-生物化学风化露天采矿（人类）-生物物理、化学风化3.生物风化作用：生物的生命活动引起岩石的分解，包括生物物理风化作用、生物化学风化作用。
风化作用
三、化学风化
（二）溶解作用
水直接溶解岩石中矿物的作用称为溶解作用。溶解作用的结果，使岩石中的易溶物质被 逐渐溶解而随水流失，难溶的物质则残留于原地。岩石由于可溶物质的被溶解而致孔隙 增加，削弱了颗粒间的结合力从而降低岩石的坚实程度，更易遭受物理风化作用而破碎。 最容易溶解的矿物是卤化盐类（岩盐，钾盐），其次是硫酸盐类（石膏，硬石膏），再 次是碳酸盐类（石灰岩，白云岩）。岩石在水里的溶解作用一般进行的十分缓慢，但是 当水的温度升高以及压力增大时，水的溶解作用就比较活跃。特别是当水中含有侵蚀性 的CO2而发生碳酸化作用时，水的溶解作用就会显著增强，如在石灰岩分布地区，由于这 种溶解作用经常会产生溶洞、溶穴等岩溶现象。
二、物理风化
温度风化：
是指由于岩石表层温度周期性的变化而使岩石崩解的过程。任何物质受热 后体积发生膨胀，遇冷则体积收缩，岩石也不例外。在白天，当岩石受太 阳光照射时，岩石表面的温度升高，表层体积就会膨胀，同时一部分热量 向岩石的内部传递，但由于岩石是不良的热导体，热量传播得较慢，因而 内部的温度上升很慢，体积膨胀的量也很小。这样，在岩石表层与岩石的 内部之间，由于体积膨胀的差异，就形成平行岩石表面的裂隙。到了夜间， 岩石表面热量散发较快，温度下降，体积收缩，而内部的热量散发慢，体 积还处于膨胀的状态，从而产生了表层收缩、内部膨胀的不协调情况。这 样，在表层也就形成了垂直岩石表面的裂隙。久而久之，岩石表层的裂隙 扩大，岩石破碎。
三、化学风化
（三）水化作用 有些矿物与水接触后和水发生化学反应，吸收一定量的水到矿物中形成含 水矿物，这种作用称为水化作用。如硬石膏经过水化作用变为石膏就是很 好的例子。 CaSO4 +2H2O →CaSO4·2H2O 硬石膏 石膏 第一个图为硬石膏，第二个为石膏。水化作用形成了新的含 水矿物改变了矿物原来的结构，也改变了含有该矿物岩石的结构，其结果 往往使矿物，岩石的抗风化能力减弱，加速了风化的进程。
风化作用与地貌塑造
风化作用与地貌塑造风化作用是地球表面物质在风力作用下逐渐破碎和转移的过程，是地貌塑造中非常重要的作用之一。
通过长期的风化作用，地表岩石会逐渐疏松、破碎、褪色，最终形成各种独特的地貌景观。
本文将介绍风化作用的种类及其在地貌形成中的作用。
1. 物理风化物理风化是指地表岩石在风力作用下由于热胀冷缩、冻融、风蚀等物理因素而逐渐破碎和转移的过程。
在干旱区域，强烈的晴天气候和日夜温差大会导致岩石受热膨胀，然后夜间受冷收缩，最终形成岩石疏松和裂隙扩张。
同时，风沙的冲击也会使岩石表面逐渐磨损，形成风蚀地貌如雅丹地貌、风蚀洞等。
2. 化学风化化学风化是指地表岩石在大气、水、生物等化学物质的作用下发生化学反应，使岩石产生颜色变化、溶解、矿物变质等过程。
在酸雨、植物分泌物等影响下，岩石中的石英、长石等矿物会分解成黏土矿物和溶解性物质，逐渐使岩石表面变软、疏松，最终形成典型的化学风化地貌如喀斯特地貌、溶洞地貌等。
3. 生物风化生物风化是指植物根系、动物穴居活动等生物活动对地表岩石造成的破坏作用。
植物根系能够渗透到岩层裂隙中并通过生长运动使裂隙扩张，加速岩石物质的疏松脱落，促进岩石风化速度。
此外，动物穴居活动也会破坏地表岩石结构，促进风化作用进程。
生物风化对于地貌形态的塑造起到了不可忽视的作用。
综上所述，风化作用在地貌塑造中起到了至关重要的作用。
物理风化、化学风化和生物风化三者相互作用，共同导致了地表岩石的逐渐破坏和形态的演变，最终形成了多样化的地貌景观。
认识和理解风化作用对于地貌学研究具有重要的意义，也有助于我们更好地保护和利用自然资源。
【总字数： 546字】。
第四章风化作用分析
一、物理风化作用 二、化学风化作用 三、生物风化作用 四、影响风化作用的因素 五、风化壳
风化作用是指在地表或接近地表的环境中， 由于温度变化、大气、水、生命活动等因素， 使矿物、岩石遭受破坏但破坏的产物基本残 留在原地的作用。
风化作用较强烈的地带称风化带.
风化作用按其进行的方式及性质又可分为 物理风化、化学风化和生物风化三种类型。
地球上的戈壁
凤凰号拍摄的 火星表面，
显示风化严重
月球表面
（一）温差风化
温差风化是指由于大气温度周期性变化引 起的物理风化作用。
温差风化在温度变化较大的内陆地区最为 强烈，特别是由不同颜色的粒状矿物组成 的岩石更为明显。
原理与过程：温 差大的地区，在白天 当太阳光直射时，岩 石表层增温而膨胀， 而内部膨胀小甚至未 发生变化。到了夜晚 气温骤降，岩石表面 收缩。这样使其岩石 表面与内部产生应力 差。这种应力差就会 使岩石破裂。
物理风化的结果，使岩石、矿物被崩解、 破碎。
碎屑物的特点：大小混杂、棱角清楚、层 次不清，其成分与原岩相同。
物理风化作用可形成坡积型宝玉石矿床。
二、化学风化作用
化学风化作用是指矿物、岩石与大气圈、 水圈中的化学成分发生反应，使其分解并 形成新矿物的作用。
在自然界中，化学风化最有利的环境是温 暖、潮湿的热带、亚热带气候。
由于易溶的物质被溶解并随水溶液带走，在岩石 中形成孔隙、裂隙，并不断扩大，结果使岩石变 得疏松，以至破碎；同时也使一些难溶的物质残 留在原地，相对富集。
土 壤 层 中 的 被 溶 蚀 的 长 石
溶蚀淋滤地貌
云南路南石林
马达加斯加的石林
风
酸雨的效果
化
前
第四章 风化作用
生 物 的 机 械 风 化 作 用
黄山的迎客松就生长在岩石的裂缝中
4.2 化 学 风 化
• 整个岩石的风化过程始终伴随着或强或弱 的化学风化作用，甚至在某些时候起到关 键的作用，反映了风化作用过程中不同作 用因素相互间的密切关系。 • 物理风化作用使岩石破碎的同时增大了岩 石受风化的面积，化学风化改变了岩石的 化学成分，形成了适合新的物理－化学条 件下的平衡，加速了物理风化的进行。 • 化学风化作用有以下一些主要方式：
水化作用
水化作用是指水与原生矿物组合并形成 新矿物的过程，如： CaSO4+2H2O CaSO4•2H2O
无水石膏与石膏之间在一定条件下是可 逆的。
水解作用
复杂的水解作用对于硅酸盐类和铝硅酸盐类岩 石的风化具有特别重要的意义。这种作用过程 包括分解矿物、带出某些元素、与氢氧离子组 合、水化作用等，如长石通过中间形式形成高 岭石的过程： K(AlSi3O8) (K,H3O)Al2(OH)2(AlSi4O10) Al4(OH)8(Si4O10)
不 同 环 境 中 化 学 风 化 的 速 度 迥 然 不 同
4.2.3 酸雨的形成及破坏作用
• 酸雨是指pH值<5.6的降水 • 酸雨是最严重的污染之一，世界上的许多地 方都发生过酸雨事件。 • 酸雨是工厂排放的酸性气体，造成空气污染， 并经过复杂的大气物理化学过程，通过大气 降雨的形式重新返回地面。酸雨中所含的酸 性物质主要是硫酸和硝酸。煤炭燃烧排出的 二氧化硫和石油燃烧排出的氮氧化物是酸雨 形成的主要原因。
• 气候与环境同样是影响化学风化过程的重要 因素。干燥炎热的气候使得氧化作用容易进 行，潮湿的气候则使得溶解作用、水解作用 易于发生。地形会影响气候条件，山地的垂 直分带现象会影响温度风化作用和生物风化 作用的进行。山的阴坡和阳坡因为日照的条 件不一样，在阳坡一面通常温度风化作用较 为强烈。地下水的性质特征、地球化学场、 构造活动性等环境因素也都影响化学风化作 用的进程。
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• 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。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。
• （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。
《地质地貌学》 第四章风化作用类型和影响因素
• 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 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。
• （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。
第三节 主要矿物和岩石的风化
• 一、矿物
• （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）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。
• （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，如树根在岩隙中长大，穴居动 物的挖掘等，都引起岩石的崩解和破碎。
• （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。
• （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）的溶解过程。反应式如下：
• 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。
• （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。