地質(zhì)學(xué)課件風(fēng)化作用

1、地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ),昆明理工大學(xué),第四章 風(fēng)化作用,內(nèi)容提要:一、風(fēng)化作用的概念和類(lèi)型二、風(fēng)化作用的方式三、影響風(fēng)化作用的因素四、風(fēng)化作用的產(chǎn)物,第一節(jié) 風(fēng)化作用的概念和類(lèi)型,,風(fēng)化作用是指地表或接近地表的堅(jiān)硬巖石、礦物在原地與大氣、水及生物接觸過(guò)程中產(chǎn)生物理、化學(xué)變化而形成松散堆積物的全過(guò)程 。根據(jù)影響風(fēng)化作用的因素和性質(zhì)可將其分為三種類(lèi)型：物理風(fēng)化作用、化學(xué)風(fēng)化作用、生物風(fēng)化作用?！镂锢盹L(fēng)化作用在地表或接近地表?xiàng)l件下，巖石、礦

2、物在原地產(chǎn)生的機(jī)械破碎而不改變其化學(xué)成分的過(guò)程?！锘瘜W(xué)風(fēng)化作用地表或接近地表?xiàng)l件下，巖石、礦物在原地發(fā)生化學(xué)變化而分解并產(chǎn)生新物質(zhì)的過(guò)程?！锷镲L(fēng)化作用生物對(duì)巖石、礦物產(chǎn)生的破壞作用。,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,,地表巖石時(shí)時(shí)刻刻都在與大氣、水和生物接觸，不斷地進(jìn)行著各種方式的風(fēng)化作用。歸納起來(lái)，風(fēng)化作用的方式可分為: 物理的方式：包括巖石的釋荷、溫差風(fēng)化（巖石的熱脹冷縮）、冰劈作用（水的凍融）、鹽類(lèi)的結(jié)晶與溶解

3、等。其結(jié)果是：巖石機(jī)械破壞、產(chǎn)物大小不等，較角分明的巖石碎屑。覆蓋在基（未受風(fēng)化的母巖）之上，成分與基巖大體一致。 化學(xué)的方式：包括氧化作用、溶解作用、水化作用和水解作用等。其結(jié)果是：（1）一部分溶于水 流失 ：易溶物k、Na的氯化物(易溶鹽)；（2）殘留原地：Si、AI、Fe、高嶺石、蛋白石、鋁土礦、褐鐵礦。 生物的作用 ：包括生物物理和生物化學(xué)風(fēng)化作用。其結(jié)果是：巖石碎塊、形成土壤 —（含腐植質(zhì)

4、的松散物）。,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,埋藏在地下深處的巖石（巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖），都承受著上覆巖石的重量而產(chǎn)生靜壓力，一旦由于某種原因（地殼運(yùn)動(dòng)、剝蝕作用、人工采石等），上覆巖石被剝蝕掉而出露地表，巖石就因卸載而產(chǎn)生向上或向外的膨脹作用，形成一系列平行或垂直地表的裂隙，使巖石層層剝落，這種現(xiàn)象稱(chēng)為卸載作用或席理。,一、物理方式（一）巖石的釋荷,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,,一、物理方式（二）溫差風(fēng)化,溫差大的地區(qū)，在白天當(dāng)太陽(yáng)光

5、直射時(shí)，巖石表層增溫而膨脹，而內(nèi)部膨脹小甚至未發(fā)生變化。到了夜晚氣溫驟降，巖石表面收縮。這樣使其巖石表面與內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力差。這種生應(yīng)力差就會(huì)使巖石破裂。,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,,一、物理方式（三）冰劈作用,,貯藏在地表巖石空隙中的液態(tài)水，當(dāng)溫度下降到攝氏零度以下時(shí)，就會(huì)結(jié)冰，結(jié)冰后的體積體積增大1／11左右空隙中產(chǎn)生巨大的，這種壓力就會(huì)巖石裂開(kāi)(冰劈作用)。,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,一、物理方式（四）鹽類(lèi)的結(jié)晶與崩解,是指充填于

6、巖石孔隙、裂隙中含鹽溶液，因水溶液濃度的變化，鹽類(lèi)出現(xiàn)結(jié)晶和溶解使巖石破碎的過(guò)程。這種風(fēng)化作用常見(jiàn)于干旱和半干旱地區(qū)，其原理類(lèi)似于冰劈作用。在白天，因溫度升高，巖石中含鹽分溶液的水分蒸發(fā)，鹽分過(guò)飽和而結(jié)晶出來(lái)，體積增大，對(duì)裂隙產(chǎn)生壓力，擴(kuò)大裂隙空間。如過(guò)飽和明礬溶液結(jié)晶后體積增大0.5%，對(duì)圍巖產(chǎn)生4Mp的壓力。在夜間，鹽類(lèi)吸收大氣中或地下水的水分而溶解，溶液進(jìn)入巖石裂隙中。這種作用反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致巖石裂隙擴(kuò)大而崩解。,第二節(jié) 風(fēng)化作用

7、的方式,,（一）氧化作用 是指礦物、巖石與大氣或水中游離氧起化學(xué)反應(yīng)形成氧化物使巖發(fā)生破碎的過(guò)程。,二、化學(xué)方式,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,（二）水解作用 水解作用的實(shí)質(zhì)是水的電離產(chǎn)物(H+及OH-)進(jìn)入礦物晶格，分別取代陽(yáng)離子和陰離子，從而使礦物解體形成新的含水礦物的過(guò)程 。,二、化學(xué)方式,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,三、溶解作用 指水溶液溶解巖石某些易溶成分，使其松軟、破壞和崩解的過(guò)程。不同的礦物有不同

8、的溶解度。方解石 > 白云石 > 橄欖石 > 輝石 > 角閃石 > 長(zhǎng)石 > 石英 溶解作用使巖石中易溶物質(zhì)隨水流失，難溶解殘留原地。溶解的空隙削弱了顆粒之間的結(jié)合力，有利于物理風(fēng)化的進(jìn)行。,二、化學(xué)方式,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,（四）水化作用 有些礦物與水作用時(shí)，能吸收水分子作為自己成分（結(jié)晶水或結(jié)構(gòu)水）形成新礦物。,,（五）水解作用 強(qiáng)酸弱堿或強(qiáng)堿弱

9、酸的鹽類(lèi)礦物，遇水后發(fā)生水解并與OH-H+反應(yīng)生成新的礦物。造巖礦物多是硅酸鹽，硅酸成屬，強(qiáng)堿弱酸。,4K[AlSi308] +6H20 AI[Sl4O10][OH]8 +8SiO2 + 4KOH,正長(zhǎng)石,高嶺石,流失,,二、化學(xué)方式,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,（六）碳酸化作用 溶于水中的CO2形成CO32-、HCO3-離子與礦物中金屬離子結(jié)合成易溶碳酸鹽類(lèi)，隨水流失，原有礦物分解成新礦物殘留。,二、化學(xué)方式,香

10、格里拉（中甸）白水臺(tái)泉眼,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,二、生物方式,（一）生物的機(jī)械風(fēng)化作用 生物的機(jī)械風(fēng)化作用主要發(fā)生在生物的生命活動(dòng)過(guò)程中。如根劈作用、動(dòng)物鉆洞、挖土、人類(lèi)活動(dòng)等。生長(zhǎng)在巖石裂隙中的植物，隨著根系不斷地長(zhǎng)大，對(duì)裂隙壁產(chǎn)生擠壓，使巖石裂隙擴(kuò)大，從而引起巖石破壞，這種作用稱(chēng)根劈作用。,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,二、生物方式,（二）生物化學(xué)風(fēng)化作用 生物的化學(xué)風(fēng)化作用是通過(guò)生物的新陳代謝及生物

11、死亡后的遺體腐爛分解來(lái)進(jìn)行的。植物和細(xì)菌在陳代謝中常常析出有機(jī)酸及CO2。這些物質(zhì)一方面酸化土壤，另一方面腐蝕巖石。,第二節(jié) 風(fēng)化作用的方式,三、各種風(fēng)化作用的相互關(guān)系,1、同時(shí)發(fā)生、相互影響、互相促進(jìn)的。 2、物理風(fēng)化使巖石破碎，表面增大，有利于水溶液的滲透為化學(xué)風(fēng)化提供了良好的條件?；瘜W(xué)風(fēng)化溶解了巖石中易溶物質(zhì)，改變了巖石的物理性質(zhì)（致密疏松）從而加速了物理風(fēng)化的進(jìn)行。但在不同的自然條件下表現(xiàn)的風(fēng)化類(lèi)型的強(qiáng)弱、主次程度不同

12、。,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,影響風(fēng)化作用的主要因素有：氣候植被地形巖石特征地質(zhì)構(gòu)造,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,一、氣候條件,氣候包括溫度、降雨量和濕度，是控制風(fēng)化作用的重要因素。 溫度：一方面控制化學(xué)反應(yīng)速度來(lái)控制化學(xué)作用的進(jìn)行，另一方面又直接影響物理風(fēng)化作用，如溫差風(fēng)化、冰劈作用。 降雨量和濕度：是通過(guò)介質(zhì)的溫度變化、水溶液成分的變化、植被的生長(zhǎng)來(lái)影響物理、化學(xué)和生物的風(fēng)化作用。,已矗立于干燥的埃及

13、3500多年，并完好的克雷帕特拉石柱（左），被搬移到空氣潮濕、污染的紐約后（右），僅過(guò)了75年就已面目全非。,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,二、植被,植被對(duì)風(fēng)化作用的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 一方面直接影響生物的風(fēng)化作用，植被茂盛，生物風(fēng)化作用強(qiáng)烈，而植被稀少的地方生物風(fēng)化作用就弱； 另一方面又間接地影響物理風(fēng)化作用和化學(xué)風(fēng)化作用過(guò)程。,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,三、地形條件,地形條件包括三方面：地勢(shì)高度、地勢(shì)起伏和山坡

14、方向（坡向）。 1、地勢(shì)高度：影響氣候的局部變化，中低緯度的高山區(qū)具有明顯的氣候分帶，山腳氣候炎熱，而山頂氣候寒冷，植被特征不一樣，因而影響風(fēng)化作用的類(lèi)型和速度。如我國(guó)云南的大部分地區(qū)這種現(xiàn)象明顯。,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,三、地形條件,2、地勢(shì)起伏：影響到地下水位、植被發(fā)育及風(fēng)化產(chǎn)物的保存，因而也影響風(fēng)化作用進(jìn)行。地勢(shì)較陡的地區(qū)，地下水位低、植被較少，風(fēng)化產(chǎn)物不易保存，使基巖不斷裸露，從而加速了風(fēng)化作用的進(jìn)行。,第三節(jié)

15、 影響風(fēng)化作用的因素,三、地形條件,3、山坡方向（坡向）：陽(yáng)坡、陰坡的風(fēng)化作用類(lèi)型和強(qiáng)度也不一樣。陽(yáng)坡日照時(shí)間長(zhǎng)，濕度較高，植被較多，所以風(fēng)化作用較強(qiáng)烈。如喜馬拉雅山南坡面臨印度洋，氣候炎熱，化學(xué)和生物風(fēng)化作用很強(qiáng)烈，而北坡干冷，主要發(fā)育生物風(fēng)化作用。,喜馬拉雅山北坡,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,四、巖石特征,巖石特征對(duì)風(fēng)化作用的影響包括：巖石的成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。1、巖石的成分 ①沉積巖（碎屑巖>化學(xué)巖、生物巖）

16、 ②巖漿巖（酸性巖>基性巖） ③變質(zhì)巖(淺變質(zhì)>深變質(zhì)) ④單礦物巖石—抗物理風(fēng)化能力強(qiáng)。 ⑤復(fù)礦物巖石— 抗物理風(fēng)化能力弱，有利物理風(fēng)化。,自然界中各類(lèi)礦物抗風(fēng)化能力的順序是：氧化物、氫氧化物﹥硅酸鹽﹥碳酸鹽﹥硫化物﹥鹵化物、硫酸鹽；幾種常見(jiàn)礦物抗風(fēng)化能力的順序是：石英﹥白云石﹥長(zhǎng)石﹥黑云母﹥角閃石﹥輝石﹥橄欖石,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,四、巖石特征,2、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 組成巖的礦

17、物粒徑、分布特征、膠結(jié)程度及層理對(duì)風(fēng)化作用的速度和強(qiáng)度都有明顯的影響。在其它條件相同的情況下，由細(xì)粒、等粒礦物組成及膠結(jié)好的巖石抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化速度較慢。,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,五、地質(zhì)構(gòu)造,地質(zhì)構(gòu)造對(duì)風(fēng)化作用的影響主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：巖石中裂隙發(fā)育程度、地質(zhì)構(gòu)造背景。 1、裂隙與球形（球狀）風(fēng)化 巖石的裂隙發(fā)育，使巖石與水溶液、空氣的接觸面積增大，增強(qiáng)水溶液的流通性，從而促進(jìn)風(fēng)化作用的進(jìn)行。 如果一

18、些巖石的礦物分布均勻，如砂巖、花崗巖、玄武巖等，并發(fā)育有三組近于垂直的裂隙，把巖石切割成許多大小不等的立方形巖塊，在巖塊的棱和角處自由表面積大，易受溫度、水溶液、氣體等因素的作用而風(fēng)化破壞掉，經(jīng)一段時(shí)間風(fēng)化后，巖塊的棱、角消失，在巖石的表面形成大大小小的球體或橢球體，這種現(xiàn)象稱(chēng)為球形風(fēng)化作用。,球形風(fēng)化過(guò)程,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,球狀風(fēng)化,第三節(jié) 影響風(fēng)化作用的因素,五、地質(zhì)構(gòu)造,2、不同地質(zhì)背景與差異風(fēng)化,背斜頂部：張裂隙發(fā)

19、育，易風(fēng)化；斷層帶兩側(cè)節(jié)理裂隙發(fā)育，易風(fēng)化。在相同的風(fēng)化作用條件，抗風(fēng)化能力不一致的巖石，表現(xiàn)出程度不等的風(fēng)化速度，因而在表面形成凹凸不齊的現(xiàn)象。同一地方無(wú)遭受風(fēng)化的背景，抗風(fēng)化能力不同的巖石組合在一起，長(zhǎng)期的風(fēng)化作用形成地表凹凸不平現(xiàn)象，稱(chēng)差異風(fēng)化作用。,第四節(jié) 風(fēng)化作用的產(chǎn)物,一、物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物,物理風(fēng)化作用是一種純機(jī)械的破壞作用，其結(jié)果是使巖石崩解成粗細(xì)不等、棱角明顯的碎塊。如果沒(méi)有其它的地質(zhì)作用（剝蝕作用），碎屑常覆蓋在原

20、巖的表面，其成分與原巖一致。如果地形較陡，巖石碎屑在重力作用下，向坡下滾動(dòng)或墜落，堆積在坡腳。由于慣性力的作用，粗大的碎塊滾得較遠(yuǎn)，椎積在下部；而細(xì)小的碎塊滾得較近，堆積在上部。形成上部巖石碎屑小，下部巖石碎屑粗的堆積體，稱(chēng)為倒石堆。,物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物－倒石堆,第四節(jié) 風(fēng)化作用的產(chǎn)物,二、化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物,化學(xué)風(fēng)化作用最終的產(chǎn)物包括兩部分，一是能溶于水的可遷移物質(zhì)；二是難于遷移、堆積在原地的殘積物。 能溶于水的可遷移物質(zhì)包

21、括各種易溶鹽類(lèi)、K+、Na的氫氧化物和少部分難溶物質(zhì)（如Si4+、Al3+、Fe3+、Mn4+等氧化物或氫氧化物膠體）。 殘積物主要為難溶物質(zhì)、巖石碎屑和風(fēng)化形成的產(chǎn)物，如石英碎屑、蒙脫石、高嶺石、鋁土礦、蛋白石、裼鐵礦等。,第四節(jié) 風(fēng)化作用的產(chǎn)物,三、生物風(fēng)化作用的產(chǎn)物,生物風(fēng)化作用的產(chǎn)物包括兩部分：一部分是生物物理風(fēng)化作用形成的礦物、巖石碎屑，在成分上與原巖一致；另一部分是生物化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物，其特征是在物質(zhì)成分上與原巖

22、不一致。,第四節(jié) 風(fēng)化作用的產(chǎn)物,四、風(fēng)化殼,地表巖石經(jīng)物理、化學(xué)、生物風(fēng)化的長(zhǎng)期作用，形成由風(fēng)化產(chǎn)物組成的、分布于大陸基巖表面的不連續(xù)薄殼，稱(chēng)為風(fēng)化殼。地質(zhì)歷史時(shí)期的風(fēng)化殼稱(chēng)之為古風(fēng)化殼。由于表層和下部巖石所經(jīng)受的風(fēng)化程度不一樣，表層淺，下部深，因而風(fēng)化殼在剖面上自上而下的風(fēng)化物在成分上和結(jié)構(gòu)上都有明顯的差異。,第四節(jié) 風(fēng)化作用的產(chǎn)物,四、風(fēng)化殼,標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)化殼剖面，自上而下可分為4層：,第四節(jié) 風(fēng)化作用的產(chǎn)物,五、土壤,土壤是指

23、地球表面陸地上能夠生長(zhǎng)植物的疏楹表層。 土壤主要物質(zhì)組成有腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)、水發(fā)和空氣。,復(fù)習(xí)思考題,一、定義下列名詞風(fēng)化作用、物理風(fēng)化作用、化學(xué)風(fēng)化作用、生物風(fēng)化作用、冰劈作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用、球狀風(fēng)化、差異風(fēng)化、土壤、殘積物、風(fēng)化殼、古風(fēng)化殼。二、回答下列問(wèn)題4、風(fēng)化作用有哪些類(lèi)型和方式。它們之間是怎樣的關(guān)系？5、試論述球狀風(fēng)化的過(guò)程。6、風(fēng)化作用的產(chǎn)物有哪些類(lèi)型？7、用圖示說(shuō)明風(fēng)化殼的結(jié)構(gòu)。8