风化作用

溶解作用起重要作用的地区
风化作用的方式
2.氧化作用(oxidation) 矿物与大气或水中的游离氧反
应， 生成氧化物的过程。
4FeS2(黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3 •nH2O+8H2SO4
铁帽（gossan）的形成
黄铁矿氧化生成FeSO4 FeSO4继续氧化生成Fe2(SO4)3 Fe2(SO4)3 是强酸弱碱盐， 易
Fe2O3+nH2OFe2O3·nH2O
硬石膏石膏
CaSO4+2H2O CaSO4 ·2H2O
hydration的结果
增大矿物的体积 增大对围岩的的压力 导致矿物的硬度降低， 从
而削弱岩石抵抗风化作用 的能力
化学风化作用的方式
4. 水解作用(hydrolysis)
在水中电离的矿物阴离子或阳离子与 H2O离解成的H+和OH-相互结合，形 成难电离的弱电解质的过程。
Solution, oxidation, hydration, hydrolysis; Root wedging, differential weathering,
spheroidal weathering Sequence of migration of elements Eluvium, crust of weathering
二 岩石结构、裂隙发育 程度对风化作用的影响
颗粒大的岩石易于化学风化 孔隙度大的岩石且连通性好的岩
石,易于风化 沉积岩中钙质胶结的岩石较硅质
胶结的岩石易于风化 裂隙发育的岩石易于风化
球形风化
岩石中因发育多组裂隙，由于风化作用的影 响, 岩石表面趋于圆化(球状)的现象, 是由 物理风化和化学风化共同作用的结果。常见 于较细、均质岩石中，如粉砂岩、凝灰岩、 火山熔岩中，
气候
岩屑型风化壳
燕山大学 风化壳（温带潮湿）
砖红土型风化壳
中国砖红土的分布
吴哥窟
（三）古风化壳
地质历史时期形成的风化壳称为古风化 壳。
意义：了解一个地区地壳的运动史；古 风化壳形成时的气候、古地形特点；指 导寻找残积型的铝土矿矿、铁矿、高岭 土矿等。
华北地区O1/C2之间的古风化壳
温差风化过程
物理风化作用的方式
2. 冰劈作用
由于气温的变化，岩石裂隙中的水反复 结冰和融化，从而造成岩石裂隙不断扩 大，使岩石发生崩解的作用。主要发生 有高纬度及高山区
冰劈作用
物理风化作用的方式
3.盐类的结晶与潮解作用 由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、
潮解，使岩石崩解的作用。 多发生在干旱及半干旱地区。
球形风化
球形风化
球形风化过程
三、气候带对风化作用的影响
气温和降雨量
气温的高低－－－化学风化 昼夜温差大小－－－物理风化 降雨量－－－水的多少和化学风化作用的强弱。
气候决定了风化作用的类型
冰冻气候带－－冰劈作用，基本无化学风化； 干旱、半干旱区－－温差风化为主，化学风化作用微弱； 温暖潮湿区－－－化学风化显著，生物风化发育； 炎热潮湿区－－－化学风化、生物风化强烈、彻底。
土壤剖面
腐殖层 淋溶层
淀积层
中国土壤的分布图
土壤与气候、植被
土壤的形成与气候和植被密切相关，因 此研究土壤可以反映古气候和古植被状 况。
中国北方的黄土-古土壤系列；南方的网 纹红土。
江西星子县的网纹红土
江西修水第四阶地
砾石层
B
砾石层
M
江西修水第三阶地
红土主要位于修水河谷的三、四 级阶地上（进贤组），分上、下 两段，由网纹化红土和砂砾石层 组成，具二元结构，总厚约18米。
一、岩石成分对风化作用的影响
2. 矿物的抗风化能力-矿物成分
①各类矿物的耐风化能力的顺序：自然元素>氧
化物、氢氧化物>硅酸盐、硫化物>硫酸盐、卤 化物。
②共价键型矿物的抗风化能力大于离子键型的矿物
③对同类矿物而言，浅色或无色矿物抗风化能
力大于深色矿物；表层形成的矿物比地下深处高 温高压环境中形成的矿物耐风化；岩浆岩矿物中 抗风化能力与结晶顺序相反。
土壤分层
腐殖层：颜色较深，含有植物分解产生的大
量腐殖质，有机物含量可达25%，具有团粒、 孔隙和细小裂隙等结构，矿物在有机酸的作用 下被分解。
淋溶层：颜色较浅，被分解物、微粒矿物和
有机质在淋滤作用和淋溶作用下，从本层往下 移动，本层缺少有机质。
淀积层：由母质层组成，颜色与下伏成土母
质相近，但淀积从上部淋滤下来的成分。
风化壳具有垂直分带性（土壤层、残 积层、半风化层）和水平分带性（五 种风化壳类型）。
（一）风化壳的垂直分带性
风化壳的三层结构
土壤层：主要由粘土矿物和腐殖质组成，是 残积物经生物风化作用的产物。
残积层：主要由岩石风化形成的粘土矿物或 其他风化产物组成，结构疏松，不含腐殖质。
半风化层：由只发生轻微风化的岩石组成， 岩石较致密，完全保留原岩的结构、构造。
向下过渡为基岩。
（二）风化壳的水平分带性
由于气候的影响，各个地区 的风化作用的强度和风化产 物的特点都有不同，产生了 水平的分带。
主要的风化壳类型
岩屑型－－－－－－－－－高寒地区 硅铝型－粘土型－－－－－温带潮湿 硅铝型－碳酸盐型－－－－温带半干旱 硅铝－氧化物，硫酸盐型－干旱气候 砖红土型－－－－－－－－湿热的热带
水解成Fe(OH)3沉淀 Fe(OH)3脱水形成褐铁矿
铁帽和硫化 物矿床的关 系
化学风化作用的方式
3. 水化作用（hydration)
把水分子结合到矿物的晶格中的 作用。 水分子在矿物晶格中成为结晶水,只有 在高温下才能分离出来，因而原矿物 就变成含水的新矿物。
hydration实例
赤铁矿褐铁矿
第一节 风化作用的类型
风化作用weathering的概念:
在地表或近地表的环境中, 由于温度变化, 大气, 水和水溶液及生物等因素的影响, 使岩石在原地遭受破坏的过程。
风化作用的结果:
单纯的机械破碎, 岩石由大块变成小块 岩石矿物的分解, 一部分被水溶液带走,
一部分残留在原地
此“风化”非彼“风化”
简单的说，残积物就是：经长期物理 和化学风化作用后残留在原地的风化 产物。
土壤
土壤: 经过生物风化作用的改造而 富含腐植质的残积物。
风化壳：在陆地表面由残积物和 土壤构成的一层不连续的、厚薄 不均的薄壳。
风化壳
风化壳：在陆地表面由残积物和土壤 构成的一层不连续的、厚薄不均的薄 壳。
风化壳性质受岩石性质、气候、地形 等因素的影响。
一 、 物理风化作用
概念：指由于(大气)温度变化等自然因素的影 响， 使岩石在原地发生崩解的作用。
仅仅是机械破碎的过程而化学成分等等无明 显改变 物理风化作用的方式： 温差风化、冰劈作用、盐类的结晶与潮解
物理风化作用的方式
1、温差风化:
由于温度的变化，岩石反复膨胀和收 缩，使岩石崩解的作用。
多在温差大的干旱和半干旱地区发生。
第二篇 地表动力地质作用
第三章 风化作用
掌握:
风化作用；风化作用的不同类型; 物理风化作用, 化学风化作用, 生 物风化作用；影响风化作用的因 素。
了解:
残积物和风化壳的概念，土壤
本章涉及的英文术语
Weathering, physical weathering, chemical weathering, biological weathering;
第三节 风化壳及土壤
一、风化壳（curst of weathering）
残积物 土壤 风化壳 三个概念之间的关系
残积物（eluvium）
残积物（eluvium） ：地表岩石经过 长期的风化作用，各种矿物发生不同 程度的分解，可迁移的成分从原矿物 中迁移出来随水流走，剩下的物质残 留在原地称为残积物。
C2本溪组：硬绿泥石角岩（含
铁），红柱石角岩（含铝）
O1马家沟组：巨厚层灰岩
二、土壤
土壤是以各种风化产物或松散推积物为母 质，经过生物和化学作用为主的成土作用 形成的。
土壤与残积层的区别
土壤具有植物生长所需要的有机组分、无机组 分、微量元素和水分。
土壤具有成层结构，自上而下分为腐殖层、 淋溶层、淀积层。
二、 化学风化作用
化学风化作用(chemical weathering )
在大气、水和水溶液的作用下, 使岩石、矿 物发生分解的作用。
发生了化学反应, 成分改变
化学风化的方式：
溶解作用、氧化作用、水化作用、水解 作用
化学风化作用的方式
1. 溶解作用(solution)
岩石中矿物溶解于水而产生分解的过程。 卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水, 常见是碳酸盐矿物溶于含CO2的水溶液中。 如CaCO3(方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2
化学中的“风化”：含结晶水的化合物 在空气中失去结晶水的过程。例子：碳 酸钠晶体的风化。与之相对的是“潮 解”。
地质学中的“风化”：岩石在近地表的 环境中，由于物理、化学或者生物的作 用而遭受破坏的过程。
第一节 风化作用的类型
物理风化作用Physical weathering 化学风化作用Chemical weathering 生物风化作用Biological weathering
生物物理风 化作用：根 劈作用
地衣
第二节 影响风化作用的因素
影响风化作用的因素包括：
岩石的成分 结构 裂隙发育程度 气候和地形
一、岩石成分对风化作用的影响
• 元素的迁移能力 元素及其化合物在风化过程中 从矿物中析出的难易程度。
元素迁移系列
元素的迁移系列 迁移系列元素的组成
1.极易迁移的元素 Cl (Br、B、I) S 2.易被迁移的元素 K Ca Na Mg F Sr Zn
碳酸化作用：有CO2参与的水解反应
水解作用的实例
4K[AlSi3O8] +6H2OAl4[Si4O10](OH)8 +8SiO2+4K(OH）
钾长石
高岭石
蛋白石胶体
Al4[Si4O10](OH)8+nH2O2Al2O3+4SiO2+4H2OFra bibliotek高岭石
铝土矿
水解作用的结果
水解作用导致岩石和矿物的破坏 水解时OH-离子与金属阳离子一
鲍文序列
3.岩石抗风化能力
在相同的外界条件下, 单矿物组 成的岩石, 其抗风化能力大于复 矿物岩石
沉积岩的抗风化能力大于岩浆岩
差异风化
在相同自然条件下, 由于岩性(矿物组成) 的不同而导致风化速度不同, 使岩石表面 出现凸凹不平的现象。如长江西岭峡中 的牛肝马肺峡
牛肝马肺远景
差异风化实例
起进入海洋，使海洋的PH值增大 而H+则与铝硅酸络 阴离子结合生成难溶解的粘土矿 物，残留在大陆。
三、生物风化作用
概念： 生物的生命活动引起岩石的分解 分类：
生物物理风化作用：指生物活动导致岩石 机械破坏的作用
生物化学风化作用：生物在新陈代谢过程 中产生的分泌物和生物死亡后的遗体腐烂 的分解产物使岩石分解破坏的作用
不同气候带风化作用的强度和深度
四、地形对风化作用的影响
随地形高低的变化，引起气候的垂直分带，从
而导致风化作用的类型和速度不同。
同一高度的阳坡和阴坡因温度有差异，风化作
用强度也会有差异，阳坡比阴坡风化作用强。
地形陡缓对风化作用也有影响。
陡坡地下水位低，植被稀少，风化产物不易保存，而 缓坡则相反，化学和生物风化相对强烈， 风化产物 易保存。
U 3.可迁移的元素 SiO2(硅酸盐的）Mn
P、 Ba Rb Ni Cu 4.略可迁移的元素 Al Fe Ti 5.不迁移的元素 SiO2(石英）
元素迁移能力与气候有关
寒冷冰冻气候区 干旱、半干旱气候区：近1-2系列迁移 温暖潮湿气候区：1，2，3系列 炎热潮湿气候区：1，2，3，4系列
网纹红土中常见的植硅石
小结
风化作用是地表揭开了地质作用的序幕。 按成因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， 其主要产物 石风化壳和残积物。影响风化作用的因素 主要有岩石性质、气候、地形和时间等。