第四章 风化和剥蚀作用

一百年后，英格兰的一块灰岩可能会风化消 失，而北非沙漠中更易风化的雪花石膏山， 也许在几千年后还依然完好无损。 岩石成分、岩石结构、裂隙发育程度、气候、 地形是影响岩石和矿物风化的主要因素。

一、岩石成分
岩石的成分是指岩石的矿物成分及矿物的化学成 分两个方面。 相同条件下，岩石成分决定了岩石遭受风化的强 度和速度。
• 当岩石物理风化时,不改变原岩的化学成分，而是 被破碎成碎屑颗粒。
1、物理风化作用的方式
• • • •
温差作用 冰劈作用 盐类的结晶与潮解 其他：释重
温差作用

岩石导热性差，白天岩石接受太阳辐照 表面升温快，产生膨胀，而内部升温慢，产生平 行岩石表面的裂隙；夜间，岩石表面降温快，收 缩，内部降温慢，基本不收缩，产生垂直与岩石 表面的微裂隙。反复作用，从而使岩石碎裂。 岩石中各矿物的膨胀系数不同，温度的变化就会 引起差异性膨胀和收缩，单矿物会撒落。

冰劈作用

在自然界中，水的凝固是岩石破碎最有效的机制之一。水在凝结时体积 会膨胀近9.2％，产生的压力（2000kg/cm2）（108kg/cm2）足以使岩石出 现裂缝甚至发生断裂。
岩石裂隙中的水

气温变化
裂隙扩大
结冰、融化
岩石破碎崩解

多发生在高寒地区 古代曾用于采石作业
盐类的结晶与潮解


剥蚀作用塑造了千姿百态的地貌形态，同时为地 表的沉积物提供了物质来源。

剥蚀作用按破坏方式分为：
1.
2.
机械剥蚀作用（含生物的机械剥蚀）
化学剥蚀作用（含生物的化学剥蚀）
介质（河流、海洋、冰川等）的运动方式不同，剥蚀的 过程和产物也不同。

坡流
地面流水的剥蚀作用 海水的剥蚀作用 风的剥蚀作用 冰川的剥蚀作用

风化速率的多样性， 可以从不同岩石类型 的古老的墓碑之间表 现出来（如右图）。 花岗岩碑
大理岩碑

差异风化 相同的自然条件下，由于岩性（矿物组成）的不 同导致风化速度不同，使岩石表面出现凹凸不平 的现象。
二、岩石结构、裂隙发育程度

结构越疏松，颗粒越粗大、裂隙越发育，风化作 用越容易。 球形风化（spheroidal weathering）：由于风化 作用的影响，岩石表面趋于圆化（球状）的现象。
第二部分 外动力地质作用
外力地质作用

由外部能源引起的地质作用，或者说是以外部能 源为主引起地球表层的物质成分、地表形态等发 生变化的地质作用。
主要内容
第四章 风化和剥蚀作用
第五章
第六章 第七章
地面流水的地质作用
海洋和湖泊的地质作用 风的地质作用
第四章
风化和剥蚀作用
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
风化作用的概念与分类 风化作用的类型 影响风化作用的因素 风化壳 剥蚀作用的概念 剥蚀作用的分类

大约在2000年前，人们还相信高山、湖泊和沙漠 都是地球永恒的特征。可现在我们已知道高山最 终将被风化和剥蚀而被夷为平地，湖泊将被沉积 物和植被填满，沙漠则随着小气候的变化而行踪 不定。

地球上的物质无时无刻不在运动着。矿物和岩石 在地表条件下发生的机械碎裂和化学分解过程叫 做风化作用，把通过风、水流及冰等动力媒体将 风化产物搬离原地的过程叫做剥蚀作用。

三、气候

气候因素主要是指温度（气温）和湿度（降水 量）。

气温直接影响化学风化的速度
温差大小影响物理风化的速度 降水量影响化学风化的强弱
埃及
典型的例子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ克雷帕特拉石柱
纽约

两者还决定了风化作用的类型和方式： 风化类型类型
冰冻气候区
冰劈作用为主，基本不发生化学风化
干旱、半干旱 温差风化为主，化学风化微弱 温暖潮湿 炎热潮湿 化学风化为主、生物风化次之 化学风化、生物风化均十分强烈
地
区
风化壳厚度
特
点
热带/亚热带
温 带
50-100m
20-50m 15m
砖红土铝土矿层
褐色土 栗钙土、棕钙土
干旱、半干旱/寒冷地区
第五节 剥蚀作用

剥蚀作用：各种外力在运动状态下对地面 岩石及风化产物的破坏作用。
剥蚀与风化作用在大自然中相辅相成。只有当岩
石被风化后，才易被剥蚀。而当岩石被剥蚀后， 才能露出新鲜的岩石，使之继续风化。
地形

地势的高度能造成气候的垂直分带：山麓与山顶 的温度、气候差别很大，因而其生物界面貌显著 不同。 气候的差异导致风化作用的类型和速度均不同



地形的陡缓、阳坡和阴坡等都对风化有影响。
地形条件影响到岩石裸露的多少。
第四节 风化壳及土壤

各种类型的风化作用通常不是孤立进行的，而 是相辅相成、协同发展的。 陆地表面的岩石经过长期风化作用后，各种矿 物发生不同程度分解，可迁移的成分从原矿物 中迁移出来随流水带走，剩下的物质残留在原 地，称为残积物（eluvium）

岩石裂隙中的盐类反复结晶、潮解、使岩石崩解 的作用

干旱和半干旱气候带
白天：温度高，蒸发强，裂隙中的盐类过饱和结 晶，体积膨胀，产生压力使岩石产生微裂隙并扩 大 夜间盐类结晶吸收水分潮解，溶液渗入新裂隙中
反复作用，导致崩解 盐是从地下水通过毛细作用进入裂隙的


2、物理风化作用的主要特点
①
②
岩石矿物的分解
二、风化作用的分类
风化作用按照性质可分为三类： 物理风化 化学风化
生物风化
注：生物风化可以分为物理的和化学的两部分，所以主要讨 论物理风化作用和化学风化作用
化学风化
物理风化（机械风化）
（一） 物理风化（机械风化作用）
Physical weathering

概念：由于（大气）温度变化的影响，岩石在原 地发生碎裂（崩解）的作用。
残积层（粘土矿物、其他风化产物，不含腐殖质） 半风化层（轻微风化的岩石）
未风化基岩
风化壳（crust of weathering）：陆地表面由残积物和土壤 构成的一层不连续的、厚薄不均的薄层。包括土壤、残积层、 和半风化层。 风化壳是各种风化作用的综合产物。

风化壳的厚度、结构及土壤的特征都与气候关系 密切。
3.
水溶液作用（溶解、水解、水化）
（三） 生物风化作用

生物风化作用biological weathering：生物的生命 活动引起的岩石和矿物的分解破坏作用。 分为：生物物理风化作用 生物化学风化作用

生物物理风化作用

植物的根茎深入到岩石的裂缝中，水也沿裂缝 慢慢渗入。当树木逐渐长大、根茎逐渐长粗变 长，岩石也被涨裂分解。 动物掘地常常使新鲜的岩体暴露至地表，遭受 更有效的风化。 人类在采矿、修路或建筑基础工程时，会对岩 体造成破坏。

1.残积物

残积物：岩石矿物经过风化作用后，残留在原地的物质称 为残积物。 残积物经过生物风化作用可形成土壤（soil） 残积物的特点 经过了风化作用，性质与下伏母岩有成因上的联系。 没有经过搬运作用。无分选性，无层理 分布在分水岭和平缓的山坡上

1. 2. 3.
2.风化壳
表层 土壤（粘土矿物＋腐殖质）
第一节 风化作用的概念与分类
一、风化作用(weathering)的概念

风化作用：暴露在地表和接近地表的各种岩石， 在温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物作 用下原地发生的破坏作用，称为风化作用。

岩石被风化是地球物质对环境变化的一种反应， 直到原有物质逐渐变化至与新的环境处于平衡为 止。 岩石遭受风化作用的结果： 单纯的机械破碎


生物化学风化作用

生物在新陈代谢过程中的分泌物和生物死亡后的 遗体腐烂形成腐殖质作用于岩石，使岩石分解。 细菌和植物常析出有机酸、硝酸、碳酸、亚硝酸 和氢氧化铵等腐蚀岩石。

如：每克土壤中可含几百万个微生物，强烈破坏岩 石
第三节 影响风化的因素

虽然所有的岩石都会风化，但并不是都按同 一条路径或同一个速率变化的。
1.不同的元素具有不用的迁移能力


极易迁移：Cl（Br、B、I）、S
易被迁移：K、Ca、Na、Mg、Zn、U 可迁移：SiO3（硅酸根）、Mn、P、Ni、Cu 略可迁移：Al、Fe、Ti 不迁移：SiO2（石英）
2.不同的矿物具有不同的抗风化能力

和自身的化学性质、元素组成、形成环境、颜色 有关 抗风化能力： 自然元素>氧化物、氢氧化物>硅酸盐、硫化物> 硫酸盐、卤化物
洪流 河流
地下水的剥蚀作用（溶蚀作用）

物理风化作用使岩石碎裂、崩解、剥落的碎块和 岩屑在重力作用下滚落到基岩的坡脚，形成坠积 物。 其特点是大小混杂、层次不清，岩屑成分与原岩 基本相同。

（二） 化学风化作用chemical weathering

化学风化：是指在大气、水和水溶液的作用下 岩石、矿物发生的分解作用。
1. 2.
常见化学风化方式： 氧化作用 碳酸化作用