第三章 风化作用与坡地重力地貌(第二节 重力地貌)

那么是否在所有的地方都能看到四个风化带吗？
（二）风化壳的发育阶段
1、物理风化阶段——岩屑型风化壳 岩石遭受物理风化作用，崩解破碎，形成岩屑
型风化壳。
该类风化壳主要形成于寒冷气候和干旱地带， 由于气温低、干旱，化学元素极不活跃，有微弱 的化学风化作用，使部分硅酸盐矿物风化成水云 母和水绿泥石等风化程度低的矿物。
风化作用的地貌意义：
1.一切外营力的先锋，其他外营力的前提； 2.风化作用是有选择性的，不同岩石抵抗风化的能力是有差异的 （即选择性风化）； 3.差异取决于：矿物的成分，岩石的热容量、导热率、岩石的 结构、岩石的孔隙度、裂隙度、岩石的透水性、可溶性。 4.上述作用取决于气候条件： 干旱区：以物理风化为主，起作用的主要是岩石的成分、热容 量、导热率、岩石的结构。 湿热区：以化学风化为主，起作用的主要是岩石的孔隙度、裂 隙度、透水性、可溶性。
（二）化学风化作用
• 化学风化作用：
化学风化作用是指位于地表的岩石矿物在水、大 气、生物的相互作用下发生氧化、溶解、水解、水 化等一系列化学反应，因而改变了岩石的物理性质 和化学成分，甚至形成新的矿藏物，破坏了原来岩 石的结构，使岩石疏松甚至逐渐变成松散的土层， 这种作用称为化学风化作用。 主要类型：溶解、水解、水化、碳酸盐化、氧 化等几种方式。 • 化学风化作用的影响因素：水、温度和大气。
氧化作用
主要是自然界铁的氧 化过程
6、生物化学风化作用
生物化学风化作用的原理：
举例：铁细菌作用使亚铁盐变成高价铁盐
• Root Growth - Root growth extends into rock fractures, expand and bust the rock apart
Plant Growth
Lichens produce weak acids that chemically weather rock
二、风化壳
（一）风化壳的概念
1、风化壳的定义 2、影响风化壳厚度的因素 3、风化壳的垂直分带
土壤
风化碎石 风化块石
风化裂隙
2、风化壳的分带及特征 a.全风化带---岩石完全变色、结构完全破坏，仅外观保持岩 体状态，用手压成散沙状。 b.强风化带---岩石大部分变色、结构大部分破坏、矿物变质， 形成次生矿物，岩体完整性较差。 c.弱风化带---岩石部分变色、部分岩体结构已遭破坏，部分 矿物变质，形成了沿裂隙面的风化夹层，凤凰裂隙发育， 岩体的完整性较强。 d.微风化带---岩石沿节理面已变色、岩石结构未变，与新鲜 岩石不易区别。
各地风化壳可以发育到哪个阶段，产生哪种 类型的风化壳，取决与当地的自然条件，决不是 在任何地区的风化壳都能发展到化学风化的晚期 阶段。 影响风化壳发育的因素很多，主要是气候、 地貌、岩性、地质构造和风化壳发育的时间等。
1、气候条件
气候是控制岩石风化的最普遍、最重要的因素。 在不同的气候下，风化壳的发育阶段和风化壳的类 型都是不同的。因此风化壳具有显著的地带性特征。
坡向的影响
3、岩性与时间
岩石的成分对风化壳的发育也很强的影响。如： 在热带气候下，各种岩石几乎都能发育形成砖红壤型风化壳； 同一种岩石在不同的气候下，发育形成风化壳是不同的；
岩性单一的岩石，在不同气候下的风化产物可能都是相同的，如石英的风化 产物都是相同的——二氧化硅。
风化作用持续的时间长短，直接影响风化壳的发育程度。
风化剥蚀的能力，它取决于岩石的一系列物理特性和化学特性 它包括: a.成分的单一性或复杂性， b.岩石及组成矿物的热容量与导热率， c.孔隙度和裂隙度， d.透水性， e.可溶性。 更重要的是，上述各因素在岩石相对稳定性方面的作用大小， 在不同的地理环境下，首先是不同的气候条件下是各不相同的。 气候与岩性的组合 在某一种气候条件下，岩石A的稳定性大于B，可是到了另一种 气候条件下，也许B的稳定性大于A。
化学风化的早期阶段
岩石中的
可溶矿物 相对难溶的碳酸盐
溶解
于水
汇集
结晶
硫酸盐型
风化壳
形成硅铝-碳酸盐
在原地相对富集
型风化壳
2、化学风化为主的阶段
（2）化学风化的中期阶段（硅铝粘土型风化壳或高岭土 型风化壳），也叫富硅铝阶段。 氯化物、硫酸盐、碳酸盐等淋溶迁移，甚至一些胶体 状的二氧化硅也开始迁移，硅铝酸盐被分解为高岭土、蒙 脱石等粘土矿物残留原地，形成硅铝—粘土型风化壳或高岭土型风化壳。这 一阶段又大量硅铝富集，因此又称为富硅铝阶段。
总之，风化作用一方面为其他营力作用过程
作了准备，是整个地貌发育过程的先导，并积极
参与了地貌的形成过程。
第二节
坡地重力地貌
我国是一个多山的国家，因此坡地地貌问题在我国占有十分重要的地位， 在山区开展大规模的工农业建设和国防建设，遇到了不少坡地地貌问题。如滑坡、 山崩、泥石流等，这些地貌过程，有时切断道路、毁坏厂矿、阻塞河道、损坏农 田、掩埋村镇，给国家、人民造成了巨大的损失，因此从生产建设上来说，要求 对坡地地貌进行很好的研究。 从地貌学学科本身来说，坡地发育过程是地貌学的基本理论问 题之一，一直为国际、国内所重视，我国交通部和铁道部所属的一些生产科研单 位，结合交通建设中遇到的坡地问题，开展了大量的研究，生产实践的需要推动 着坡地问题的研究、发展。 重力地貌（Gravity landform）是指坡面上的风化碎屑、不稳定岩 体、土体主要在重力并常有一定水分参与作用下，以单个落石或整体沿 坡向下运动所导致的一系列独特的地貌。 块体运动(Mass movement)：坡地重力所移动的物质多系块体形 式，故称为块体运动。
寻找风化层内的地下水，地貌条件非常重要，因为风化层中 的地下水总是随地形的起伏，有高处向低处流，集中于面积较 大的低洼处，群山怀抱的洼地中心、围椅形的山谷出口、两山 夹一沟的沟口、几条沟口交汇处、山扭头的扭弯内侧以及大山 坡脚等地都是风化层潜水汇集的有利地段。
风化作用的分类： 物理风化
化学风化
生物分化
Animal Burrowing
Termite mounds, Northern Territory, Australia
岩石上的苔藓与地衣的 风化作用
Roots wedge into pores and crevices. When the roots grow, the rock splits.
化学风化作用的类型
1、溶解作用：水对岩石的直接溶解。 按溶解度的大小排列顺序如下：食盐＞ 石膏 ＞ 方 解石＞ 橄榄石＞ 辉石＞ 角闪石＞ 滑石＞ 蛇纹 石＞ 绿帘石 ＞ 长石＞ 黑云母＞ 白云母＞ 石英。 也不同。
溶解作用的结果：增加地下水的化学成分，形
成盐碱地或盐湖、加剧岩石风化。
溶解作用
溶解作用
H2O + CO2 + CaCO3 --> Ca+2 + 2HCO3-
2、水解作用
水解作用的定义： 水解作用是指矿物与水发生反应而分解的作用。
水解作用的化学原理：
离子置换反应。
正长石水解反应化学方程式：
K2O.Al2O3.6SiO2+3H2O AL2O3 SiO2 H2O+2KOH+4SiO2
高岭土
CaCO3 + H2O + CO2 Ca（HCO3）2
5、氧化作用
氧化作用的原理： 举例：黄铁矿经氧化形成褐铁矿
2FeS2+O2+ H2O
12FeSO4+ 3O2+6 H2O
2FeSO4+ H2SO4
4 Fe2 (SO4) 3 +4Fe(OH)3
Fe2 (SO4) 3 +6 H2O
2Fe(OH)3+3H2SO4
（二）风化壳的发育阶段 2、化学风化为主的阶段
（1）化学风化的早期阶段——富钙阶段 硅铝酸岩中的K、Na、Ca、Mg等离子与溶液中的Cl-、 SO4 成氯化物、硫酸盐，并随水流失。
2-
结合，形
在低洼的地方，硫酸盐富集，形成硅铝-硫酸盐型风化壳。 在风化原地，相对难溶的碳酸盐相对富集，形成硅铝-碳酸盐型风化壳。
盐分结晶风化作用
盐蚀作用
3、热力风化
热力风化是指岩石因其内部热应力作用而产生 的机械破碎。
热力风化作用
高密度山火过程
球状风化
球状风化
4、生物活动对岩石机械风化作用的影响
作用方式： 根劈作用：树根沿岩石裂隙生长，楔入岩隙，扩
展裂隙， 把岩石挤开，这种作用称为根劈作用。
动物作用
根 劈 作 用
（一）物理风化作用
• 物理风化的定义： 是指岩石在地表环境中由大变小、由粗变细的机械 破碎，岩石化学成分并未变化，这种风化作用称物理 风化。 物理风化的结果：
物理风化一般不引起化学成分的改变，而引起岩 石崩解成碎屑。
大块岩石 小块岩石； 完整岩石 体积变化 ：a.单个体积由大变小； b.总体积 大； 表面积由小 变大。 分散岩石；
3、水化作用
水化作用的定义： 水化作用是指水与一些不含水的矿物相化合，水 参与到矿物的晶格中，改变了原来矿物的分子结构， 形成新的矿物。 水化作用的结果： 改变矿物的物理性质，如硬度变小、密度降低、 体积膨胀，加速岩石风化。
4、碳酸盐化作用
碳酸盐化作用的定义： 碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐， 这种作用称为碳酸盐化作用。 石灰岩的溶解反应：
一、块体运动的力学分析
（一）坡面上的土粒岩屑或石块的运动
1、坡面土粒岩屑或石块运动的力学分析
块体运动的力学图解
A. 块体处于稳定状态
B 块体处于极限平衡状态
T=G·sinθ，N=G·cosθ f= τρ=µ · N=µ · G·cosθ
坡面上的土、石块等的稳定条件应是： T≤τf G·sinθ≤G·cosθ·tgφ tgθ≤tgφ θ≤φ