第三章风化作用及重力地貌

③、古土壤(paleosoil)
古土壤的存在，表示当时地面稳定，既没 有强烈的剥蚀，也没有快速的堆积，使土壤发 育较充分。故可根据古土壤的剖面特征及埋藏 条件等来研究第四纪古气候、古地貌等，古土 壤也是划分第四纪地层和冰期、间冰期的重要 依据。
第三节 重力地貌
一 、 块体运动
二、崩塌及崩积物
第三章 风化作用及重力地貌
风化作用 风化壳 重力地貌
第一节、风化作用
1、风化的概念： 出露地表的岩石，在太阳能、大气和
生物的作用下，发生崩解和破碎，变为松 散的碎屑物，这种在原地发生的物理和化 学变化称为风化作用(weathering)。
2、风化作用的类型
物理风化 化学风化 生物风化
（1）物理风化(physical weathering)
二、崩塌及崩积物
2、形成条件 在节理和断层发育的山坡上，岩石破碎，很易发生
崩塌。当地层倾向和山坡坡向一致，而地层倾角小于山 坡坡度时，常沿地层层面发生崩塌。软硬岩性的地层呈 互层时，较软岩层易受风化，形成凹坡，竖硬岩层形成 陡壁或突出成悬崖，易发生崩塌。
二、崩塌及崩积物
2、形成条件 崩塌通常发生在降雨季节。很多崩塌发生在暴
⑤温湿地带： 年降水量750--1000毫米，降水量 大于蒸发量，处于化学风化为主的中期阶段，形成富 硅铝残积物。
⑥湿热地带： 年降水量大于1000毫米，终年高 温，有利于化学风化作用迅速进行。高温加速水解作 用，多雨增大化学风化效能，同时高温多雨使植物繁 茂，各种有机酸及细菌作用活跃，生物风化作用也得 到加强。长期处于富铝阶段，发育很厚的(可达200米 以上)红色风化壳。
三种风化作用在自然界往往不是单独进行 的，而是同时交替进行。至于一个地区、—个 时期以哪种作用为主，则取决于具体的气候条 件，如高山高纬地区以物理风化为主，湿热地 区以化学风化为主，如果该地区植物繁密，则 生物风化作用亦占重要地位。
3、影响风化作用的因素
(1)气候因素
气候对风化的影响主要通过气温和降水量来实现。 气温年较差和日较差大，·有利于物理风化作用的进行。 气温的高低对矿物的溶解度、水溶液的浓度和化学反 应速度等有很大影响。降雨量的多寡除影响地面冲刷 外，对化学风化和生物风化起重要作用，因此不同气 候带的风化作用有明显差异。
②、现代土壤
荒漠土 干旱地区发育的土壤。包括灰漠土、灰 棕漠土和棕漠土等。我国荒漠土分布在新疆、甘肃、 青海、宁夏等省区。由于降水稀少等原因，岩石风化 和成土作用微弱，土体中元素很少迁移，碳酸钙在土 壤表面积聚，即使较易移动的石膏和易溶盐类亦淋洗 不深，有机质含量少，大多在0．5％--0．3％以下。
③半干旱草原地带 ：日照强，年降水量250--500毫米， 蒸发量大于降水量。物理风化作用强，而化学风化作用亦 较活跃。氯化物和硫酸盐等大部分被淋溶，钙镁盐类则相 对富集，形成钙积层，故处于富钙阶段。
④半湿润森林草原地带 ： 年降水500--750毫米，蒸 发量与降水量大致相等。以化学风化为主，处于富钙或富 硅铝两阶段之间。
岩石的矿物结构也影响风化作用，由粗粒结构矿 物组成的岩石比细粒的容易风化。粒度差异大的比等 粒矿物组成的岩石容易风化。致密等粒矿物组成的岩 石，如花岗岩和玄武岩具有三组相互直交的原生节理， 易形成球状风化及层层剥离现象。
球状风化
第二节 风 化 壳
1、概
念
⑴、风 化 带
地壳最上部发生风化作用的地带。风化带的深 度由于风化作用的因素、方式和强度的不同而不同， 从地表向地下依次出现全风化带、强风化带和弱风 化带。
雨时或暴雨后不久。暴雨增加了岩体负荷，破坏了 岩体结构，软化了粘土层夹层，减低了岩体之间的 聚结力，加大下滑力并使上覆岩块失去支撑而引起 崩塌。
二、崩塌及崩积物
3、倒石堆 崩塌下落的大量石块、碎屑物或土体都堆积在陡
崖的坡脚或较开阔的山麓地带，形成的崩塌堆称倒石 堆(岩屑堆或岩堆)。
二、崩塌及崩积物
物理风化指由胀缩的变化引起的机械崩解作用， 故又称机械风化。温度的季节变化和昼夜变化，使岩 石表层经受长期的热胀冷缩而崩解分裂，由大块变成 小块，由小块变成更小的碎屑，以至成为砂粒，但其 化学成分不变。此外，在岩石裂隙和孔隙中的水冷却 结冰时，体积增大9％，这时对围岩的压力可达6 000 千克每平方厘米，如此冻融反复进行，对岩石产生巨 大的破坏力，并使其崩解、破碎，这种作用又称冻融 风化作用．
1、基本要素 崩塌是指斜坡上的岩土块体，在重力作用下，突
然发生沿坡向下急剧倾倒、崩落现象。崩塌的运动速 度很快，有时可以达到自由落体的速度。崩塌的体积 可以从小于1立方米直到若干1亿立方米。如川藏公路 1968年发生的拉月大崩塌，就有600米厚的岩层发生崩 塌。一个典型的崩塌，必须具备母体、破裂壁、锥形 堆积体等基本要素。
生物风化指生物在其生长和分解过程中，使岩石矿 物受到物理和化学作用。生物的物理风化作用包括植物 根系发育(树根发育可对围岩产生10--15千克每平方厘米 的作用力)，动物如蚯蚓、田鼠和蚂蚁等挖掘洞穴，使岩 石矿物遭受机械破坏。生物在矿物遭受破坏的过程中， 一方面从岩石矿物中吸取养分，另一方面也分泌出各种 酸，如碳酸、硝酸和各种有机酸等，对岩石矿物进行强 烈化学分解，即产生生物化学风化作用。
①极地和高山地带 ： 终年温度在0℃以下，以冻融作用 为主，化学作用缓慢，故长期处于物理风化阶段。
②干旱荒漠地带 ：日照强，温度日较差大，年降水量小 于250毫米，蒸发量大于降水量。在这种情况下，化学风化除 氧化外，溶解和水化学作用也有发生，但氯化物和硫酸盐不 能全部被淋溶，故仍处于物理风化为主的阶段。
3、风化壳类型
气候是风化壳形成的主要因素，它影响风化发 育阶段和强度等，因此气候对形成不同的风化壳类 型起着决定性作用。
古风化壳
风化壳形成后，被后来的各种堆积物覆 盖，而保留下来的风化壳称为古风化壳 (paleo-weathered crust) ， 在一定的地形构 造条件下，可形成多层古风化壳。
3、倒石堆 倒石堆是一种倾卸式的急剧堆积，结构多呈松散、
杂乱、多孔隙、大小混杂而无层理。倒石堆块体的大 小从锥底到锥尖逐渐减小；先崩塌的岩土块堆积在下 面，后崩塌的盖在上面。由于每次崩塌的强弱不同， 形成碎屑大小不等的近似互层，因此，有时在倒石堆 剖面上可以看到假层理现象。
二、崩塌及崩积物
4、工程治理 在山区经常发生崩塌，使村庄、道路和渠道常受破 坏，造成灾害。防治首要的工作是圈定崩塌区和近期可 能发生崩塌区的范围，查明与成灾密切有关崩塌体的详 细情况，然后再制定处理措施。
(2)化学风化(chemical weathering)
化学风化指岩石表面在水、氧、二氧化碳、有机 酸等作用下产生溶解、结晶、水化、水解，碳酸化和 氧化等一系列复杂的化学变化。在强烈的化学作用下， 不仅岩石的结构成分受破坏变成松散的土层，而且矿 物成分也发生变化。
(3)生物风化(biogical weathering)
①、土壤与残积物的区别
土壤是残积物的表层，经成土作用发育而成， 即经有机酸对残积物发生生物化学作用，使土质 富含腐殖质而具有肥力。残积物与土壤最根本的 区别是它不具有肥力。其次土壤形成速度比风化 壳和残积物的形成快得多。在湿热气候条件下， 形成一个完整的风化壳，需要几十万年到几百万 年，而在同样气候条件下，形成土壤剖面只需几 十年或几百年。
4、成土作用(soil forming process)
成土作用是指残积物的表层在一定条件下发育 成土壤的过程。即残积物的表层，通过生物风化、 物理风化和化学风化发生了物质移动和能量转化。 它包括了土体内有机质的积聚和分解，矿物的形成 和破坏，元素的迁移和变换，土壤剖面结构的形成 和发展，这一切就是土壤的形成过程。
普通角闪石，辉石类
基性斜长石，碱性角闪石，黑云母， 普通辉石，橄榄石，海绿石，方解石， 白云石，石膏
硅酸盐类的造岩矿物风化过程： 钾长石→绢云母→水云母→高岭石。 辉石、角闪石→绿泥石→水绿泥石→蒙脱石→
多水高岭石→高岭石。 黑云母→蛭石→蒙脱石→高岭石。 白云母→水云母→贝得石→蒙脱石→多水高岭
(2)地形因素
坡度、高度和切割程度的不同，使风化的深度、 厚度和强度有所差别。缓坡上的风化强度和深度比陡坡 强。不同坡向和不同高度通过温度、水湿条件差异，间 接地影响风化。地形切割程度不同，不仅使地表和地下 水的循环条件不一样，而且造成小气候差异，对化学和 物理风化的进行有显著的影响。
(3)地质因素
花岗岩风化壳剖面
⑵、残积物(eluvium)
风化作用使地球表面和接近地表的岩石圈遭受 物理破坏和化学分解，有的仅在结构上发生变化， 有的成分亦发生变化，并在原地生成松散的堆积物， 称残积物，其岩性与原来基岩相似，但又不完全相 同
⑶、风化壳(weathered crust)
由残积物所组成的覆盖于地壳表面的整个复 杂剖面的总体，称为风化壳(weathered crust)。 因此残积物是风化壳的一部分，而风化壳则是岩 石圈的一部分。
二、崩塌及崩积物
2、形成条件 形成崩塌的基本条件主要有地形、地质和气候
条件等。地形条件包括坡度和坡地相对高度。坡度 对崩塌的影响最明显，一般说来，由松散碎屑组成 的坡地，当坡度超过它的休止角时则可出现崩塌。 由坚硬岩石组成的坡地，坡度一般要在50°~-60°以上 时才能出现崩塌。崩塌发生的最佳地形坡度是45°— 60°之间。
③、古土壤(paleosoil)
古土壤是指非现代成土条件下形成 的土壤。古土壤形成于第四纪及第三纪 末，具有埋藏或非埋藏的表面。
③、古土壤(paleosoil)
古土壤与现代土壤的区别: 古土壤的剖面一般不完整，大多没有腐殖质层，即 使有也由于易遭分解而颜色变浅，或易遭炭化而染成黑 棕色。淋溶层下部与淀积层则为质地较粘的粘化层，因 铁的富集，颜色带红。淀积层下部为富含碳酸钙的淀积 层，常聚集形成钙结核或姜结石。 现代土壤一般有完整的剖面，有色暗的腐殖质层， 淋溶层的颜色较浅，其粘性不如古土壤。
石→高岭石。 石英(部分)→硅酸→石髓→次生石英。 在适宜的气候条件下，高岭石进一步分解成铝
土矿和石髓等，而辉石、角闪石、黑云母还分解 成褐铁矿和针铁矿等。
花岗岩含有较多的石英和长石，即含有较多的 硅铝元素，而含钙量很少，可较快地进入硅铝化阶 段，容易形成富含石英和高岭土的风化壳。
玄武岩含钙多，因此碳酸盐化阶段较长，碳酸 钙的白色薄膜可包裹岩石碎屑。
②、现代土壤
现代土壤是指在现代成土条件下发育 而成的土壤。
森林土壤 是在湿润、半湿润区域森 林植被下发育的土壤。从寒带到热带除干 旱和半干旱地区外均有森林土壤分布，包 括灰化土、灰黑土(灰色森林土)、棕壤、 褐土、黄壤和红壤等。
②、现代土壤
草原土壤 草原土壤是在半干旱草原区形 成的土壤。包括黑钙土、棕钙土、灰钙土以及 草原红土等。
橄榄石等超基性岩，含铁量高，形成含褐铁矿 和针铁矿等风化壳，此即残积铁矿，在一定的条件 下还可形成残积镍矿。
砂岩含硅多，形成石英砂，蛋白石等风化壳。 页岩、板岩为不含碳酸盐的粘土质岩石，形成 粘土风化壳。 石灰岩、泥灰岩和白云岩等含碳酸盐的岩石， 易受化学风化和溶解，当可溶解的碳酸钙被带走后， 余下杂质则形成残积层，一般为黄色或红褐色塑性 相当大的粘土，只有在其下部才有石灰岩碎屑。
2、残积物的特征
①、岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密 切的联系； ②、是基岩风化破碎后留在原地的风化物质，未经搬 运磨圆，未经分选，不具层理； ③、残积物经长期风化，所形成粘土矿物，常粘附在 石英砂的表面； ④、残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡； ⑤、由上而下风化程度逐渐减弱，颗粒由细变粗。
岩石的矿物成分、结构、构造都直接影响风化 作用。岩石的抗风化能力取决于组成岩石的旷物成 分，而各种矿物对化学风化的抵抗能力，即它们的 相对稳定性差别很大(表3-1)。
表3-1 化学风化对造岩矿物的相对稳定性
相对稳定性 极稳定 稳定 不大稳定 不稳定
造 岩矿 物
石英 白云母，正长石，Байду номын сангаас斜长石，酸性斜石