土壤侵蚀原理8

第8章化学侵蚀

主要教学目标：

分析化学侵蚀发生机制及其发展规律，阐述化学侵蚀形式及影响化学侵蚀的自然因素。使学生了解化学侵蚀分布范围。

教学方法：

以教师课堂讲授为主，学生自学、参阅课外书及野外实习为辅。

主要内容：

第一节 水的化学作用

第二节 岩溶作用的基本条件

主要讲解内容

第一节 水的化学性质

一、水分子构成

水的元素构成是氢和氧，其化学分子式用H2O表示，是一个键能很强的偶极分子，这是H与O原子的电子层结构决定的。在H－O键中共价键成分很高，其形式是等腰三角型，两个H－O键角为105°

此外，水分子间分子键强大，使水具有较高的溶点和沸点。这一特性使得自然界的水多数条件下以液态形态存在。离子健化合物在水中极易溶解。水中的各种溶质极易发生相互之间及其与水之间的各种化学反应，具有良好的对自然界物质的迁移、转化能力。即具有很强的溶解力。

二、水中的溶解物质

气体，在水循环过程中，大气中的N2、O2、CO2、Ar、He等气体都可能以不同的量溶于水中，在一些有机物富集的水体中，还常有CH4、

H2、H2S等还原剂气体存在。

三、 影响水溶解能力因素

水的溶解能力受到溶质分子极性特征，温度、压力、水的pH值等因素的影响。

1.溶质分子极性

水分子是偶极性分子，如果某一物质的分子也是极性分子，当它作为溶质进入水中时，必然会与水分子形成某一种形式的化学键而产生水合离子，由此导致这种物质在水中有较大的溶解度。这就是所谓“相似相溶”的规律。

2.温度

气体的溶解度随温度的升高而减小（表8.1）。其原因在于当温度升

高时，大部分溶解的气体会因获取了能量而导致动能增加，于是挣脱溶剂分子束缚向溶液外逸出。

3. 压力

不同类型物质在水中的溶解度受压力影响的程度不同，固体物质受的影响小，而气体受的影响则十分显著。但总体而言，压力越大，物质在水中的溶解越大。

气体在水中的溶解随压力的升高而增大，其原因在于：当与液体相接触的气体压力增大时，气体分子与液体表面的碰撞次数增加，气体分子被液体存获的速度加快，因此，溶解于水中的气体量也就增加了。

在岩溶景观中，有一类现象称为泉华，即在地下水出口（泉口）处堆积大量的钙质、硅质成份。尤以钙华最为常见。究其原因，就是因为地下水流出地表时，压力骤降温度升高而使溶解的CO2逸出，进一步导致水中溶解的CaCO3成份发生沉淀所致。

4.pH值

水溶液的酸碱度对物质在水中的溶解度有重大影响。常温常压下，纯水的pH值为7，天然水的pH值一般在4到9之间变动。

第二节 岩溶作用的基本条件

一、 岩石的可溶性

可溶性岩层是发生溶蚀作用的必要前提，一般质纯，层厚的石灰岩岩溶十分发育。

岩石的可溶性是指构成岩石的所有矿物或部分矿物的可溶性。岩浆岩主要由硅酸盐矿物组成，难溶于水。变质岩除大理岩外，也难以被水溶解。这就决定了地表水、地下水在岩浆岩和绝大多数变质岩分布地区难以进行化学溶蚀作用。而化学沉积或生物沉积的碳酸盐类岩石，硫酸盐类岩石便成为溶蚀作用的主要对象。

二、岩石的透水性

水要在岩石中运动，就要受到岩石透水性的限制。可溶性岩石的透水性。主要取决于岩石的孔隙度和裂隙发育及连通情况。岩石中的孔隙及裂隙的存在，一方面可以为水流提供通路，另一方面也增大了岩石与水的接触面积，使溶蚀作用更快和更容易发生。

碳酸盐类岩石中有许多原生孔隙，如颗粒之间的孔隙，或生物骨架间、生物体腔间的孔隙，还有晶粒之间的孔隙。测量岩石的比重和容重，可以得到该岩石的孔隙度。石灰岩的孔隙度一般在0.2%～34%之间，变化非常大。碳酸盐岩的初始透水性取决于原生孔隙，但这些孔隙比较细小，连通性不好，所以对岩石透水性起的作用不如裂隙大。具溶蚀能力的水，首先沿裂隙进入岩石内部，在不断进行溶蚀循环的情况下，裂隙逐步扩大。裂隙越发育，水循环条件越好，溶蚀条件也越好。因而裂隙密集带和未胶结的断层破碎带都是岩溶发育的有利地段。

三、水的溶蚀力

近年来的研究表明，碳酸盐的溶解是涉及气、液、固三相体系化学平衡的复杂过程，仅以CaCO3为例来看，其溶解要受到水中CO2含量、温度、压力及水的pH值影响。

1. CO2气体对水溶蚀力的影响

水对碳酸盐岩的溶蚀力，主要取决于其所含的CO2。CaCO3在含有不同CO2水中的溶解度是极不相同。水中CO2含量越高，CaCO3的溶解度越大。

除了水中溶解CO2生成的碳酸，其它酸类同样解离H+而提高水中CaCO3的溶解度。天然条件下，对提高水的溶蚀能力有意义的是植物腐殖质产生的有机酸。

2. 温度和压力的影响

温度和压力对碳酸盐类被水溶蚀的能力大小的影响主要是间接的，是通过对CO2在不同温度压力下溶解于水中特性的变化起作用。

3.pH值对水溶蚀性的影响

许多化合物的溶解度都与溶剂的pH值有关，既使一些非常难溶的物质，也会在pH值变动时改变其溶解特性。