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第三章风化作用与风的地质作用
第一节风化作用
一风化作用
风化作用——地表及接近地表的岩石,在大气、温度、水和生物的影响下,使原来的岩石在物理性质或化学性质上发生改变的地质作用。
二风化作用的类型
1 物理风化作用
地表的岩石在原地发生机械破碎,不改变其化学成分和矿物组成,未形成新的矿物。包括:温差风化、冰劈作用、盐类结晶、层裂等。形成岩屑、砂粒等碎屑。
冰冻风化
岩石孔隙和裂隙中的水,当温度下降到0 度以下时就会结冰,体积就会膨胀9.2%对裂隙周围产生很大的挤压力。在零下22度时,每平方公里面积上可产生108kg的压力,致使裂隙不断扩大,岩石破裂成碎块。在高寒地区和温带冬季冰劈作用特别突出。
温差风化
1、温差风化(剥离作用)——由于地面上的温度变化(日温差可达40——60度),以及岩石中各种矿物膨胀系数的不同,就产生了膨胀收缩的差异,天长日久岩石就产生裂隙,小裂隙串成大裂隙乃至网裂隙,导致岩石表层的逐层剥离。这个过程称为剥离作用。
盐类结晶
充填在岩石孔隙或裂隙中含盐分的溶液,如因水分的蒸发减少或增加的变化,会使盐类反复结晶或溶解,这一过程会造成岩石的破裂。
层裂或卸载作用
深部的岩石处于上覆岩石的强大压力之下,一旦因上覆岩石剥去,压力解除,岩石随之而产生向上或向外的膨胀,形成平行于地面的层状裂隙。
2 化学风化作用
岩石在原地由于化学反应使其发生物理状态和化学成分的变化,形成新矿物。包括水解、水化、溶解、氧化、碳酸化作用等。
(一)氧化作用——空气和水中的游离氧使地表及其附近的矿物氧化,改变其化学成分,并形成新的矿物。
1、硫化物的氧化
FeS2+14H2O+15O2=2(Fe2O3·3H2O)+8H2SO4
2、磁铁矿氧化成赤铁矿
4Fe3O4+O2=6Fe2O3
在地表常形成的铁帽是寻找原生矿物的重要标志。
(二)溶解作用——水是溶剂,自然界中的水总会有一定数量的O2、CO2和一些酸、碱物质,因此具有较强的溶解能力,能溶解大多数矿物。
1、石灰岩和白云岩与CO
2、水的作用
2、含硫酸的水的作用
CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+H2O
3、含碱质水的作用
FeSO4+K2CO3=FeCO3+K2SO4
CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2(重碳酸钙)
(三)水解作用——弱酸强碱盐或强酸弱碱盐遇水解离或带不同电荷的离子。这些离子与水中的H+和OH-发生反应形成含OH-的新矿物,矿物和岩石因此遭到破坏。
4KAlSi3O8+6H2O= Al4Si4O10(OH)4+8SiO2+4KOH
(钠长石)(高岭石)(石英)
(四)水化作用——有些矿物质能吸收一定量的水参加到矿物晶格中,形成含水分子的矿物。
CaSO4+2H2O CaSO4·2H2O
(硬石膏)(石膏)
体积扩大60% 物理破坏作用两种反应加速风化
溶解度大容易被水溶解流失
3 生物风化作用(根劈作用)
(一)生物物理风化作用
1.根劈作用——树根对岩石的劈裂作用
2.穴居动物破坏作用——打洞对岩石造成的破坏作用
(二)生物化学风化作用
1、生物的新陈代谢作用——生物生存要吸取养分同时分泌酸性物质,从而破坏矿物岩石
2、生物遗体腐烂分解的产物引起岩石的溶解,从而破坏岩石
上述三类风化作用在大多数情况下都是相伴而生,相互影响和促进,共同破坏着岩石。
三风化作用的影响因素
气候、地形、岩性是影响风化作用的主要因素。
气候决定风化作用类型;干旱气候区以物理风化为主,温湿气候区以化学和生物风化为主。地形影响风化作用的程度。
岩性影响风化作用的速度。
不同气候带风化作用的类型和影响深度
地形对风化作用的影响
四风化作用的产物
残积物:地表岩石经长期风化作用,残留于原地的松散堆积物。
风化壳:由残积物组成的,呈不连续覆盖地表基岩上的薄层外壳。风化壳的顶部常为土壤层。
古风化壳:地质历史时期形成的风化壳。
岩石的球状风化现象
风化壳和土壤剖面
A腐植质层
B淋滤层
C淀积层
(灰化层)
D风化岩石
E基岩
第二节风的地质作用
一、风力作用原理
风的形成?
风力为一种机械动力,不稳定,具阵发性,具有面状性质。
根据风速把风分为十三级。
风力与风速的关系满足伯努里方程:
P = 1/2ρV2
风力与风速的平方成正比。
风沙流----风沿地面吹动时,可将地面松散物吹起进入空气中,这种携带沙的气流,称风沙流。
风流动的两种状态:层流、紊流。
层流--质点在流动过程中相对位置保持平行。
紊流--质点在流动过程中相对位置随时变换。
二、风的剥蚀作用
1、风蚀作用的方式与特点
风蚀作用( aeolian erosion)----风沿地表前进时,由于风力或携带碎屑物对地表的岩石和松散沉积物的吹毁或磨损作用,称风蚀作用。
包括吹蚀和磨蚀两种方式。
(一) 吹蚀作用
吹蚀作用(deflation)----是指风力将地表松散沉积物或基岩物理风化产物,吹离原地的作用。
1、最容易被剥蚀的粒径为0.08毫米。
2、剥蚀物的粒径与流速平方成正比。
3、发生吹蚀作用的力有:
迎面冲力
碎屑粒上下风速不同产生的上举力
紊流产生的上举力
吹蚀作用的方式?
其一、当风的迎面冲力和上举力的合力超过碎屑粒的重量和地表摩擦力时,碎屑粒便被吹扬而去。
其二、被风吹扬起来的碎屑物在沿地表运动时,对组成地面的碎屑进行撞击,致使后者推移。
吹蚀作用强度取决于风速和地面性质。
(二) 磨蚀作用(abrasion)
磨蚀作用----被风吹扬起来的碎屑物质和风一起组成风沙流,当其沿地表运动时,对地面岩石和粗大的碎屑、砾石进行碰撞和磨损的作用。
磨蚀作用强度取决于风力和地面性质。
0--0.5米,尤其是10厘米高度范围内,沙砾数量最多,磨蚀作用最强。
三、风的搬运作用
碎屑颗粒在风的作用下,通过悬浮、跳跃和滚动的形式进行搬运。
沙丘的搬运
沙丘移动形成的波痕
沙丘移动及层理的形成过程
向风面侵蚀沉积背风面
沉积岩中的风成交错层理
三、风的搬运作用
1、风运物的运动方式与分布特征
风运物运动方式主要有:
悬运