普通地质学-地球科学概论-第四章 风化作用

筑酸
物雨
、还
加能
速 风 化 作 用 的 进 程
腐 蚀 金 属 结 构 、
破
坏
建
我国酸雨主要分布在长江以南、青藏高 原以东地区，酸雨的破坏逐年加重，区 域也在逐渐扩大，造成了严重的经济损 失。据统计，酸雨造成的损失每年高达 20亿元以上。
4.3 岩石性质对风化作用的影响
4.3.1 岩石的结构构造 对风化作用的影响
风化壳厚度与环境因素的对应关系
研究不同地区、不同构造单元中风化壳 的不同性质和发育程度，对工程建筑具 有重要意义，尤其是工程的地基处理， 对工程的稳定性至关重要。如高层建筑 物、铁路路基的地基稳定，水库库底的 渗漏问题等，都需要对风化壳进行详细 的调查研究。
古风化壳对古气候、古环境 及构造活动等具有指示意义
不 同 环 境 中 化 学 风 化 的 速 度 迥 然 不 同
4.2.3 酸雨的形成及破坏作用
酸雨是指pH值<5.6的降水 酸雨是最严重的污染之一，世界上的许 多地方都发生过酸雨事件。 酸雨是工厂排放的酸性气体，造成空气 污染，并经过复杂的大气物理化学过程， 通过大气降雨的形式重新返回地面。 酸雨中所含的酸性物质主要是硫酸和硝 酸。煤炭燃烧排出的二氧化硫和石油燃烧 排出的氮氧化物是酸雨形成的主要原因。
4.1 物 理 风 化
▪ 由于温度作用或机械作用引起岩石发 生崩解、破坏，但又不改变其化学成 分的风化过程称为物理风化。
▪ 引起物理风化的因素也是多种多样的。 在一些情况下风化过程是由于岩石自 身的原因和温度变化的作用，而没有 外部机械营力的作用，称这种风化作 用为温度风化。由于外部营力的机械 作用使岩石发生崩解的过程称为机械 风化。
4.4.2 风化作用的相关矿产
由于岩石中矿物的抗风化能力不 同，随着风化作用的进行，风化 壳将保留某些特殊的矿物或成分， 形成特殊的矿产。
▪ 残积型沙矿：如锡石、金刚石、自 然金、铂等
▪ 残余型矿床：如高岭土矿、铝土矿、 钴土矿等
▪ 风化壳型铁矿是风化壳矿产最重要 的矿产类型之一
▪ 风化壳矿床通常与基岩的分布范围 一致，是寻找原生矿床的标志
残积型金刚石的形成
4.4.3 土 壤
具有肥力、含 有有机成分， 并有特殊结构 类型的陆地表 面层称为土壤
土壤的分层
土 壤
▪ 腐殖质聚集层（A）
A
具有大量的植物残骸，
的
其主导作用是腐殖质
剖 面
B
的积聚
▪ 残积层（B）主要是
土壤层的内部风化，
以物质的带出为主导，
C
大多存在粘土矿物
▪ 淋积层（C）主要积
层状剥落
▪ 温度风化的原因是由于昼夜温差和季节温差 的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩而引 起的。岩石通常是由多种矿物组成的，不同 的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化过 程中会导致岩石中矿物之间的结合力减弱， 最终松弛崩解。即便是成分较为均一的岩石， 由于存在着岩石的各向异性，甚至是晶格结 构的差异，也可以造成热胀冷缩的差异，导 致岩石的风化。
第四章 风 化 作 用
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气候与环境同样是影响化学风化过程的重 要因素。干燥炎热的气候使得氧化作用容 易进行，潮湿的气候则使得溶解作用、水 解作用易于发生。地形会影响气候条件， 山地的垂直分带现象会影响温度风化作用 和生物风化作用的进行。山的阴坡和阳坡 因为日照的条件不一样，在阳坡一面通常 温度风化作用较为强烈。地下水的性质特 征、地球化学场、构造活动性等环境因素 也都影响化学风化作用的进程。
▪ 物理风化作用使岩石破碎的同时增大了岩石受 风化的面积，化学风化改变了岩石的化学成分， 形成了适合新的物理－化学条件下的平衡，加 速了物理风化的进行。
▪ 化学风化作用有以下一些主要方式：
4.2.1 化学风化的方式及过程
氧化作用
氧化作用是地球表面最为活跃的风化作用
形式之一，氧化作用通常使一些具有多种
白云质灰岩中的刀砍状、太婆脸构造
布
满
加陈差由物的化 速代异于、因学
苔 藓
了谢，生苔素风 化过造物藓。化 学程成吸等在过
的
风所了收）坚程 化产岩的起硬中
雕
的生石成，的有
像
进的的分化岩机 程氧风与学石界
。气化岩风表的
、。石化面作
有同的的出用
机时成作现是
酸，分用生另
等生有就物一
物物较开（个
质的大始微重
4.2.2影响化学风化作用的因素
岩石的地球化学特征 有机界的作用 环境与气候
岩石的地球化学特征是影响化学风化作用 的主要因素。不同的岩石由于化学成分的 不同，其化学活动性也明显不同（主要表 现在原子价、离子半径、离子亲和力、化 合能力和极化能力等方面），容易被氧化、 溶解的岩石出露区，总是化学风化作用较 为强烈的地段。同一岩石中由于不同矿物 成分的差异，也会造成风化作用的差异。
冻结风化示意图
岩石遭受冻结风化的现象
蠕成用越械
虫 动 物 等 ， 也 会 产 生 机 械 破 坏 作 用
机 械 风 化 。 各 种 掘 地 动 物 ， 如 啮
力 ， 就 像 楔 子 一 样 将 岩 石 沿 裂 隙
大 ， 同 时 对 岩 石 的 裂 隙 壁 产 生 了
风 化 作 用 。 随 着 树 木 的 生 长 ， 其
▪ 温度风化在温差大的地区最为强烈，特别是 昼夜温差大、空气干燥、缺少植被的地区， 因此温度风化沙漠地区最为盛行。
▪ 机械风化是外部营力作用使岩石发生机 械破坏的结果。水在冻结过程中由于密 度降低，体积增大，会产生巨大的破坏 力。
▪ 当水进入岩石的孔隙或裂隙中，如果产 生冻结过程，其相应的膨胀力可以导致 岩石发生解体，尤其是周期性的冻结作 用，很容易把岩石破坏成较小的块体， 这种风化作用称为冻结风化。
残积物构成的锥形堆积物，分选性、磨圆度 都很差 ▪ 风化壳 岩石圈上部各种残积物的总和
倒 石 堆
4.4.1 风 化 壳
▪ 由未移动过的残积物构成的一类风化壳 称为自形壳，其特征是全部由原岩风化 而成。在风化过程中，从自形壳中带出 或加入某些化学元素，构成了次生壳。 目前大多数地质工作者对风化壳的理解 基本上是那些未经移动的、原生的自形 壳。风化壳的形成是各种风化作用及其 影响因素共同作用的结果。
聚从其他层带来的物
质
▪ 母岩（D）未经土壤
D
形成作用的岩石
岩石中的一些原生的次生的构造将影响 风化作用的进程，形成一些特殊的风化 地貌。
岩石中经常存在一些原生的或次生的节理，节 理
球形风化示意图
球 形 风 化
岩石中的原生流面构造形成了板状风化
板状风化
4.3.2 岩石的物质成分 对风化作用的影响
植 物 的 根 系 和 掘 地 动 物 对 岩 石 也
。齿 劈 极 根 会
生 物 的 机 械 风 化 作 用
类开大系产
动，的越生
物造作来机
、
黄山的迎客松就生长在岩石的裂缝中
4.2 化 学 风 化
▪ 整个岩石的风化过程始终伴随着或强或弱的化 学风化作用，甚至在某些时候起到关键的作用， 反映了风化作用过程中不同作用因素相互间的 密切关系。
化学性质的元素由低价氧化物转变为高价
氧化物。如：
FeS2+nO2+mH2O Fe2(SO4)3
FeSO4 Fe2O3•nH2O
溶解作用
溶解作用是化学风化过程的另一种常见的形式。含有CO2或者 其他酸性气体的水，可以使岩石发生溶解。对于一些蒸发盐类， 如石膏、岩盐等，水的溶解作用表现尤为明显。
水化作用
水化作用是指水与原生矿物组合并形成 新矿物的过程，如：
CaSO4+2H2O
CaSO4•2H2O
无水石膏与石膏之间在一定条件下是可 逆的。
水解作用
复杂的水解作用对于硅酸盐类和铝硅酸盐类岩 石的风化具有特别重要的意义。这种作用过程 包括分解矿物、带出某些元素、与氢氧离子组 合、水化作用等，如长石通过中间形式形成高 岭石的过程： K(AlSi3O8) (K,H3O)Al2(OH)2(AlSi4O10) Al4(OH)8(Si4O10)
大气降水的酸度过高，可能会使生态 系统受到破坏，毁坏森林、干扰农作物 的光合作用，甚至造成毁灭性的破坏。 一九八二年六月十八日，重庆市下了一 场酸雨，使郊区2万亩水稻叶片突然枯黄， 几天后局部枯死。
酸雨可使土壤、湖泊、河流酸化，导 致水生生物的结构发生变化，破坏生态 平衡。一些发达国家在发展中曾经造成 湖泊的严重酸化，导致鱼类死亡。
岩石的物质成分不但影响了化学风化 的过程，也同样影响了物理风化的过程。 岩石中不同的物质成分具有不同的物理 特征，还会形成不同的结构、构造，形 成差异风化。
差异风化
4.4 风化作用的产物
▪ 岩石遭受风化作用后其最终结果是形成各种 风化作用的产物。
▪ 残积物 未移动的残留在原地的风化产物 ▪ 倒石堆 风化作用崩落的碎石、泥砂和其他