第九章 风化作用

采石场中岩石的席理
（2）岩石、矿物的热胀冷缩发生剥离作用 ）岩石、 岩石是热的不良导体，在长期的昼 夜、季节性温差变化的影响下，岩 体表里受热不均，胀缩交替，反复 进行，致使岩体表里间产生裂隙甚 至崩解成碎块。
岩石热胀冷缩导致岩石 破坏过程示意图
（3）岩石空隙中水的冻结与融化引起冰劈作用 ） 冰劈作用——岩石裂隙中的水冻结成冰，使岩石受撑而破裂 的作用。
类型 碎屑型 硅铝—氮化物 硫酸盐型 硅铝—碳酸盐 型
气候条件 寒带及高山 寒冷气候区 干旱气候
标型元素
标型矿物 原生矿物
风化作用程度标志 物理风化形成的碎屑物
Cl、Na、 岩盐、硝石、芒硝、 Na、Ca、Mg析出的形 S(Ca、Mg) 硬石膏等 成氮化物，硫酸盐富集 Ca、Mg （Na） 碳酸盐、芒硝、高 岭石、有时有锰的 氧化物和氢氧化物 及粘土矿物 二氧化硅部分流失、主 要聚集Ca、Mg碳酸盐， Mg、Na元素部分聚集
褐铁矿
黄铁矿
常见的金属硫化物中往往共生 有铁的硫化物,在地表风化形成 残留原地的褐铁矿顶盖,叫“铁 帽”。
（2）溶解作用 ）
水是天然的优良溶剂。水分子是偶极分子，能与偶极型或离子型的分 子相结合。大部分矿物是离子键型化合物,当其与天然水接触时,部分 易溶离子脱离矿物进入水中，呈溶解状态被水带走。矿物的溶解度取 决于矿物的化学特性，以及温度、压力、水中二氧化碳含量和pH值等。 卤化物类、硫酸盐和碳酸盐类矿物为易溶或较易溶矿物，而硅酸盐类 矿物为难溶矿物。溶解作用可以选择性地带走岩石中的易溶矿物，留 下一些空洞；也可以把可溶性单矿物岩溶解殆尽，而难溶物质则残留 原地。 常见矿物的溶解度从大到小顺序为：
影响土壤发育的因素主要是气候和植被。
我国的主要土壤类型
土壤类型 黑土和黑钙土 气候条件 年平均气温低、冰冻期 长，年降水量不大，约 400~500mm 主要特征 分布地区 腐殖质丰富，颜色深灰到 东北北部 黑色，化学风化程度较浅， 黑土中有二氧化硅粉末， 黑钙土中含有碳酸结核
红壤、黄壤、砖 红壤
亚热带气候，气候湿润，各种风化过程非常强烈， 华南地区，包括东南沿 土壤中腐殖质较少，但黄 海、云贵高原、四川盆 雨量充沛，年降水量 1200~2500mm气温较 壤中较多，土中富含铁铝， 地及喜马拉雅山南麓 高 土壤呈酸性 温带季风气候，夏暖冬 凉，年降雨量 500~750mm 风化较强，腐殖质多在表 层，粘土矿物多，土层粘 性大，在底部有钙质积聚 层，土壤呈酸性 东北的东部，华北地区， 江淮地区，秦岭山地
（5）碳酸化作用 ）
碳酸化作用——当水中溶有二氧化碳时，水溶液中除了含有氢 离子和氢氧根离子外，还有碳酸根和碳酸氢根，它们遇碱金属 及碱土金属后发生反应形成碳酸盐的作用。 如钾长石经碳酸化作用后分解成高岭土、蛋白石和碳酸钾等 ， 其化学反应式如下：
4 KAlSi3O8 + 2CO3 + 4 H 2 O Al 4 ( Si4 O10 )(OH ) 8 + 8SiO2 + 2 K 2 CO3 →
（1）岩石释重引起的剥落或崩解作用 ） 地下深处的岩石都承 受着上覆岩层的巨大 静压力，岩石内部质 点在围压下呈紧密排 列状态，一旦上覆岩 层遭受剥蚀而升至地 表，岩石因卸荷而释 重，岩体趋向于向上 或向外产生膨胀，形 成与地表近于平行的 裂隙，叫做席理，从 而使岩石表层产生层 状剥落或发生崩解。
一、物理风化作用
物理风化作用——地壳表层的岩石、矿物在原 地仅发生机械破碎的风化作用，又称机械风化 作用。 物理风化作用的主要影响因素是岩石的释重和 温度的变化，主要作用方式包括崩解作用、剥 离作用、冰劈作用、结晶撑裂作用等。 在物理风化作用过程中，矿物、岩石的物质成 风不发生变化，只是由整体或大块崩解为大小 不等的碎块。
球状风化产生的条件：
发育纵横交错的节理； 厚层状或块状的岩石； 岩石主要为等粒结构； 难于溶解的岩石类型。 球状风化
（a）岩石被节理条切割
（b）球状风化初期
（c）球状风化晚期
球状风化的发育过程
（3）构造运动
构造运动较稳定的地区，地形平缓，风化作用得以持续缓慢 的进行，风化的深度比较深； 构造运动上升地区，剥蚀作用强烈、地面切割破碎，地形陡 峭，风化产物易于转运，因而风化层较薄。
（1）氧化作用 ）
矿物中的变价元素与大气中和水中的游离氧发生化学反应，形成 地表稳定的高价氧化物和氢氧化物的作用。 氧化作用是地壳表层充气带中最常见的风化方式。 自然界中的有机物、低价氧化物及硫化物容易发生氧化作用， 如黄铁矿在表生条件下，极易风化为褐铁矿，其化学反应式如 下：
FeS 2 + H 2 O + O2 Fe(OH ) 3 + H 2 SO4 →
渗入岩石裂隙的水，在气 温降到0℃以下时结成冰， 0 体积膨胀约9％，对两壁 施加的撑胀压力达(94～ 196)×106帕。气温回升 到0℃以上,冰融化为水， 渗入新裂开的部位。气温 在0℃上下波动，冻结-融 化反复发生，最后岩石裂 为碎块。
冰劈作用示意图
在冰岛 冰岛南部的一块岩石因冻融风化而分解 冰岛
降水量和温度从极地到 赤道呈上升的趋势，植 被主要分布于温带和赤 道热带地区。地表的气 候具有明显的分带性， 决定了地表风化作用的 速度、风化作用的方式 以及风化的产物也具有 明显的分带性。
地表气候带与风化作用关系的示意图
二、地形因素
地势的高低，中低纬度高山地区的不同高度上有不同的气 地势的高低 候带； 阳坡、阴坡，山脉坡地的朝向造成不同的局部小气候，因 阳坡、阴坡 而风化类型、风化产物有不同。 地形的陡缓，直接影响风化作用的进展状况和风化产物保 地形的陡缓 存条件。地形平缓,地下水位高,有利于化学风化和风化产 物的保存，残积层厚利于风化作用发展到最后阶段。地形 陡峻，利于水的排泄，元素容易迁移，风化产物不易保存， 因而残积层薄，物理风化比较显著。
三、地质因素
（1）岩石类型和矿物成分对风化作用的影响 不同矿物抗风化能力不同，岩浆岩中先结晶出的 矿物更容易风化，石英抗风化能力最强； 不同岩石抗风化能力不同，沉积岩比岩浆岩和变 质岩更难风化。 差异风化——由于岩性不同引起的风化程度的差 异现象。
（2）岩石的结构和地质构造对风化作用的影响 同一种岩石其结构不同抗风化能力也存在着差异。 细粒、等粒的岩石较粗粒、不等粒岩石抵抗物理风化能 力强些； 断裂构造发育的岩石更容易风化； 岩石裂隙发育使其更容易风化；
第九章 风化作用
第一节 风化作用的类型 第二节 影响风化作用的因素 第三节 风化壳与土壤
第一节
风化作用的类型
风化作用——指在地表或地表附近的条件下， 坚硬的岩石、矿物在原地发生物理或化学变化， 从而形成松散堆积物的过程。
风化作用 柱状节理 根据影响风化作用的因素、方式及其产物的特点风化作用可分为物理风化作用、化学 风化作用和生物风化作用三种类型。
第二节
影响风化作用的因素
岩石的性质是影响风化作用的内在因素，决定 了风化产物的性质； 气候条件是影响风化作用的外在因素，决定了 风化作用的方式和强度。 影响风化作用的因素主要有气候、地形、地质 等
一、气候因素
影响风化作用的气候因素主要包括降水量和温度。 降水量丰富且水循环较快的地区有利于化学风化作用 的进行；温度的升高可加快各种化学反应的速度，有 利于化学风化作用的进行。
盐结晶作用引起的蜂窝状风化
建筑物上的石头的盐风化，位于马耳他上的戈 佐（Gozo）岛
沙岩上的盐风化，位于阿塞拜疆上的科布斯坦
二、化学风化作用
化学风化作用——氧和水溶液使地表层的岩石、矿物 在原地发生化学变化并产生新矿物的过程。 化学风化作用的主要影响因素是氧和水溶液。主要的 作用方式包括氧化作用、溶解作用、水合作用、水解 作用、碳酸化作用等。 化学风化作用的产物包括新形成的矿物、溶液物质母 岩中性质稳定的物质。 在物理风化作用过程中，不仅岩石发生破碎、崩解， 而且在温度及含有化学组分的水溶液影响下，岩石的 物质成分也将发生变化，这与物理风化作用有着本质 的区别。
4 KAlSi3O8 + 6 H 2 O Al 4 ( Si4 O10 )(OH ) 8 + 8SiO2 + 4 KOH →
正长石 高岭土
Al 4 ( Si4 O10 )(OH ) 8 + mH 2 O 2 Al 2 O3 • nH 2 O + 4SiO2 + 4 H 2 O →
高岭土 铝土矿
（4）岩石空隙中盐的结晶与潮解 结晶撑裂作用 ）岩石空隙中盐的结晶与潮解—结晶撑裂作用
在干旱、半干旱气候区， 蒸发量大，岩石裂缝中 的含盐溶液易于饱和而 结晶，结晶时体积增大， 对两壁也施加压力。当 空气湿度增加时，已结 晶的盐类又潮解为溶液， 进一步渗入岩石内部。 盐类的结晶-潮解反复进 行，使岩石破裂。
硅铝—铁质— 铝土型
热带、亚热 带湿润气候
Al、Si、 Mn、Fe
三、土壤
பைடு நூலகம்
土壤是指含有腐殖质、矿物质、水和空气的松散堆积物。 土壤的主要特点是富含腐殖质，这是土壤与其他松散堆 积物的主要区别。 土壤在垂直剖面上可以划分为三层： 表层（A层），土壤顶部，富含有机质和腐殖质，植物 的根部常残留其中； 淋积层（B层），表层下部，腐殖质和部分矿物物质被 淋滤，颜色变浅； 淀积层（C层），淋积层下部，上部淋滤下来的矿物和 腐殖质沉淀于此。 再往下就是残积层和半风化的岩石层。
3层
。
古风化壳——风化壳被后来的堆积物覆盖而得以 保存下来，我们将这种地史时期形成的风化壳叫古风化壳。 在地层剖面中的古风化壳是上下两套地层之间发生过沉积间断的最好 标志。
二、风化壳的主要类型
碎屑型风化壳，在寒带及高山寒冷气候区，以机械风化为主； 硅铝—氮化物硫酸盐型风化壳，在干旱气候区，以机械风化为主； 硅铝—碳酸盐型风化壳，温带半干旱气候区，以机械风化为主，化学风化弱； 硅铝—粘土型风化壳，温带森林湿润气候区，机械、化学和生物风化作用并行； 硅铝—铁质—铝土型风化壳，热带、亚热带湿润气候区，机械、化学和生物风化 作用盛行；