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。

溶解作用

水化作用

水解作用

碳酸盐化作用

氧化作用

1.溶解作用(dissolution)

岩石或矿物溶于水的作用。

矿物溶解度能力：

石盐＞石膏＞方解石＞白云石＞橄榄石＞辉石＞角闪石＞长石＞石英

结果：易溶组分流失，难溶组分残留原地，致使岩石空隙增大，密实程度减小，利于剥蚀。

石膏硬石膏CaSO 4＋2H 2O =CaSO 4·2H 2O 2.水化作用（hydration ）

有些矿物吸收一定数量的水，并加入到矿物晶格中，转变为含水矿物。

例如：硬石膏与水作用后形成石膏，体积增大60%，对周围岩石产生很大压力，因而加快了物理风化的破坏作用。

3.水解作用

盐类矿物（强碱弱酸或强酸弱碱盐）遇水后发生水解并与H2O 中的OH-、H+反应生成新的矿物（含OH-）。如：

4K(AlSi3O8)+6H2O→Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH （钾长石）（高岭石）

Al4(Si4O10)(OH)8+nH2O→Al2O3.nH2O+4SiO2+4H2O （高岭石）水铝石（铝土矿）

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Ca(HCO 3)2（溶于水）

CaCO 3＋CO 2＋H 2O =

石灰岩（不溶于水）4.碳酸化作用(Carbonation)

水溶液中溶有CO 2，离解出H +和OH -，以及CO 2-和HCO -，遇碱金属或碱土金属时形成碳酸盐。

桂林地区结石的发病率往往较其它地区要高，很重要的因素就是饮用水中含的钙质太高。

高岭石

正长石4KAlSi 3O 8＋2CO 2＋4H 2O=Al 4Si 4O 10(OH)8＋8SiO 2＋2K 2CO 3富含游离二氧化碳的水比纯水对碳酸盐和原生铝硅酸盐矿物的破坏更为剧烈。正长石与含二氧化碳的水作用后，能使正长石分解。

5.氧化作用（Oxidation）

①矿物中元素与氧结合，形成新矿物。

2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4→Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3黄铁矿→硫酸亚铁→硫酸铁+褐铁矿（铁帽）

②矿物中的变价元素从低价变成高价：

4Fe3O4+O2+18H2O→12Fe(OH)3

磁铁矿→褐铁矿

铁帽

氧化带

金属硫化物矿脉

三生物风化作用（biological weathering）生物生长和生命活动对岩石、矿物产生的破坏作用。生物风化作用的方式

生物物理风化作用

生物化学风化作用

1.生物物理风化作用

生物活动使岩石产生机械破坏。

1.植物根劈

2.动物钻洞、挖土

3.人类活动

生长在岩石裂隙中的植物，随着根系长大，对裂隙壁挤压，使裂隙扩大，从而引起岩石破坏。

动物机械破坏（穴居、践踏等）

2、生物化学风化作用

1.遗体腐烂分解，形成有机酸和气体（CO2、H2S）、腐蚀岩石；遗体在还原环境中，形成腐殖质，促进岩石分解。

2.植物生长（选择吸收元素、

分泌酸溶液腐蚀岩石）。

3.微生物分泌酸类。