1、地质学基础,昆明理工大学,第四章 风化作用,内容提要:一、风化作用的概念和类型二、风化作用的方式三、影响风化作用的因素四、风化作用的产物,第一节 风化作用的概念和类型,风化作用是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散堆积物的全过程 。根据影响风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。物理风化作用在地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地产生的机械破碎而不改变其化学成分的过程。化学风化作用地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生化学变化而分解并产生新物质的过程。生物风化作用生物对岩石、矿物产生的破坏作用
2、。,第二节 风化作用的方式,地表岩石时时刻刻都在与大气、水和生物接触，不断地进行着各种方式的风化作用。归纳起来，风化作用的方式可分为: 物理的方式：包括岩石的释荷、温差风化（岩石的热胀冷缩）、冰劈作用（水的冻融）、盐类的结晶与溶解等。其结果是：岩石机械破坏、产物大小不等，较角分明的岩石碎屑。覆盖在基（未受风化的母岩）之上，成分与基岩大体一致。 化学的方式：包括氧化作用、溶解作用、水化作用和水解作用等。其结果是：（1）一部分溶于水 流失 ：易溶物k、Na的氯化物(易溶盐)；（2）残留原地：Si、AI、Fe、高岭石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿。 生物的作用 ：包括生物物理和生物化学风化作用。其结果是：
3、岩石碎块、形成土壤 （含腐植质的松散物）。,第二节 风化作用的方式,埋藏在地下深处的岩石（岩浆岩、变质岩和沉积岩），都承受着上覆岩石的重量而产生静压力，一旦由于某种原因（地壳运动、剥蚀作用、人工采石等），上覆岩石被剥蚀掉而出露地表，岩石就因卸载而产生向上或向外的膨胀作用，形成一系列平行或垂直地表的裂隙，使岩石层层剥落，这种现象称为卸载作用或席理。,一、物理方式（一）岩石的释荷,第二节 风化作用的方式,一、物理方式（二）温差风化,温差大的地区，在白天当太阳光直射时，岩石表层增温而膨胀，而内部膨胀小甚至未发生变化。到了夜晚气温骤降，岩石表面收缩。这样使其岩石表面与内部产生应力差。这种生应力差就会使
4、岩石破裂。,第二节 风化作用的方式,一、物理方式（三）冰劈作用,贮藏在地表岩石空隙中的液态水，当温度下降到摄氏零度以下时，就会结冰，结冰后的体积体积增大111左右空隙中产生巨大的，这种压力就会岩石裂开(冰劈作用)。,第二节 风化作用的方式,一、物理方式（四）盐类的结晶与崩解,是指充填于岩石孔隙、裂隙中含盐溶液，因水溶液浓度的变化，盐类出现结晶和溶解使岩石破碎的过程。这种风化作用常见于干旱和半干旱地区，其原理类似于冰劈作用。在白天，因温度升高，岩石中含盐分溶液的水分蒸发，盐分过饱和而结晶出来，体积增大，对裂隙产生压力，扩大裂隙空间。如过饱和明矾溶液结晶后体积增大0.5%，对围岩产生4Mp的压力。
5、在夜间，盐类吸收大气中或地下水的水分而溶解，溶液进入岩石裂隙中。这种作用反复进行，导致岩石裂隙扩大而崩解。,第二节 风化作用的方式,（一）氧化作用 是指矿物、岩石与大气或水中游离氧起化学反应形成氧化物使岩发生破碎的过程。,二、化学方式,第二节 风化作用的方式,（二）水解作用 水解作用的实质是水的电离产物(H+及OH-)进入矿物晶格，分别取代阳离子和阴离子，从而使矿物解体形成新的含水矿物的过程 。,二、化学方式,第二节 风化作用的方式,三、溶解作用 指水溶液溶解岩石某些易溶成分，使其松软、破坏和崩解的过程。不同的矿物有不同的溶解度。方解石 白云石 橄榄石 辉石 角闪石 长石 石英 溶解作用使岩石
6、中易溶物质随水流失，难溶解残留原地。溶解的空隙削弱了颗粒之间的结合力，有利于物理风化的进行。,二、化学方式,第二节 风化作用的方式,（四）水化作用 有些矿物与水作用时，能吸收水分子作为自己成分（结晶水或结构水）形成新矿物。,（五）水解作用 强酸弱碱或强碱弱酸的盐类矿物，遇水后发生水解并与OH-H+反应生成新的矿物。造岩矿物多是硅酸盐，硅酸成属，强碱弱酸。,4KAlSi308 +6H20 AISl4O10OH8 +8SiO2 + 4KOH,正长石,高岭石,流失,二、化学方式,第二节 风化作用的方式,（六）碳酸化作用 溶于水中的CO2形成CO32-、HCO3-离子与矿物中金属离子结合成易溶碳酸盐类
7、，随水流失，原有矿物分解成新矿物残留。,二、化学方式,香格里拉（中甸）白水台泉眼,第二节 风化作用的方式,二、生物方式,（一）生物的机械风化作用 生物的机械风化作用主要发生在生物的生命活动过程中。如根劈作用、动物钻洞、挖土、人类活动等。生长在岩石裂隙中的植物，随着根系不断地长大，对裂隙壁产生挤压，使岩石裂隙扩大，从而引起岩石破坏，这种作用称根劈作用。,第二节 风化作用的方式,二、生物方式,（二）生物化学风化作用 生物的化学风化作用是通过生物的新陈代谢及生物死亡后的遗体腐烂分解来进行的。植物和细菌在陈代谢中常常析出有机酸及CO2。这些物质一方面酸化土壤，另一方面腐蚀岩石。,第二节 风化作用的方式
8、,三、各种风化作用的相互关系,1、同时发生、相互影响、互相促进的。 2、物理风化使岩石破碎，表面增大，有利于水溶液的渗透为化学风化提供了良好的条件。化学风化溶解了岩石中易溶物质，改变了岩石的物理性质（致密疏松）从而加速了物理风化的进行。但在不同的自然条件下表现的风化类型的强弱、主次程度不同。,第三节 影响风化作用的因素,影响风化作用的主要因素有：气候植被地形岩石特征地质构造,第三节 影响风化作用的因素,一、气候条件,气候包括温度、降雨量和湿度，是控制风化作用的重要因素。 温度：一方面控制化学反应速度来控制化学作用的进行，另一方面又直接影响物理风化作用，如温差风化、冰劈作用。 降雨量和湿度：是通
9、过介质的温度变化、水溶液成分的变化、植被的生长来影响物理、化学和生物的风化作用。,已矗立于干燥的埃及3500多年，并完好的克雷帕特拉石柱（左），被搬移到空气潮湿、污染的纽约后（右），仅过了75年就已面目全非。,第三节 影响风化作用的因素,二、植被,植被对风化作用的影响表现在两个方面： 一方面直接影响生物的风化作用，植被茂盛，生物风化作用强烈，而植被稀少的地方生物风化作用就弱； 另一方面又间接地影响物理风化作用和化学风化作用过程。,第三节 影响风化作用的因素,三、地形条件,地形条件包括三方面：地势高度、地势起伏和山坡方向（坡向）。 1、地势高度：影响气候的局部变化，中低纬度的高山区具有明显的气候
10、分带，山脚气候炎热，而山顶气候寒冷，植被特征不一样，因而影响风化作用的类型和速度。如我国云南的大部分地区这种现象明显。,第三节 影响风化作用的因素,三、地形条件,2、地势起伏：影响到地下水位、植被发育及风化产物的保存，因而也影响风化作用进行。地势较陡的地区，地下水位低、植被较少，风化产物不易保存，使基岩不断裸露，从而加速了风化作用的进行。,第三节 影响风化作用的因素,三、地形条件,3、山坡方向（坡向）：阳坡、阴坡的风化作用类型和强度也不一样。阳坡日照时间长，湿度较高，植被较多，所以风化作用较强烈。如喜马拉雅山南坡面临印度洋，气候炎热，化学和生物风化作用很强烈，而北坡干冷，主要发育生物风化作用。
11、,喜马拉雅山北坡,第三节 影响风化作用的因素,四、岩石特征,岩石特征对风化作用的影响包括：岩石的成分、结构和构造。1、岩石的成分 沉积岩（碎屑岩化学岩、生物岩） 岩浆岩（酸性岩基性岩） 变质岩(浅变质深变质) 单矿物岩石抗物理风化能力强。 复矿物岩石 抗物理风化能力弱，有利物理风化。,自然界中各类矿物抗风化能力的顺序是：氧化物、氢氧化物硅酸盐碳酸盐硫化物卤化物、硫酸盐；几种常见矿物抗风化能力的顺序是：石英白云石长石黑云母角闪石辉石橄榄石,第三节 影响风化作用的因素,四、岩石特征,2、岩石的结构、构造 组成岩的矿物粒径、分布特征、胶结程度及层理对风化作用的速度和强度都有明显的影响。在其它条件相同
12、的情况下，由细粒、等粒矿物组成及胶结好的岩石抗风化能力较强，风化速度较慢。,第三节 影响风化作用的因素,五、地质构造,地质构造对风化作用的影响主要表现为两个方面：岩石中裂隙发育程度、地质构造背景。 1、裂隙与球形（球状）风化 岩石的裂隙发育，使岩石与水溶液、空气的接触面积增大，增强水溶液的流通性，从而促进风化作用的进行。 如果一些岩石的矿物分布均匀，如砂岩、花岗岩、玄武岩等，并发育有三组近于垂直的裂隙，把岩石切割成许多大小不等的立方形岩块，在岩块的棱和角处自由表面积大，易受温度、水溶液、气体等因素的作用而风化破坏掉，经一段时间风化后，岩块的棱、角消失，在岩石的表面形成大大小小的球体或椭球体，这
13、种现象称为球形风化作用。,球形风化过程,第三节 影响风化作用的因素,球状风化,第三节 影响风化作用的因素,五、地质构造,2、不同地质背景与差异风化,背斜顶部：张裂隙发育，易风化；断层带两侧节理裂隙发育，易风化。在相同的风化作用条件，抗风化能力不一致的岩石，表现出程度不等的风化速度，因而在表面形成凹凸不齐的现象。同一地方无遭受风化的背景，抗风化能力不同的岩石组合在一起，长期的风化作用形成地表凹凸不平现象，称差异风化作用。,第四节 风化作用的产物,一、物理风化作用的产物,物理风化作用是一种纯机械的破坏作用，其结果是使岩石崩解成粗细不等、棱角明显的碎块。如果没有其它的地质作用（剥蚀作用），碎屑常覆盖
14、在原岩的表面，其成分与原岩一致。如果地形较陡，岩石碎屑在重力作用下，向坡下滚动或坠落，堆积在坡脚。由于惯性力的作用，粗大的碎块滚得较远，椎积在下部；而细小的碎块滚得较近，堆积在上部。形成上部岩石碎屑小，下部岩石碎屑粗的堆积体，称为倒石堆。,物理风化作用的产物倒石堆,第四节 风化作用的产物,二、化学风化作用的产物,化学风化作用最终的产物包括两部分，一是能溶于水的可迁移物质；二是难于迁移、堆积在原地的残积物。 能溶于水的可迁移物质包括各种易溶盐类、K+、Na的氢氧化物和少部分难溶物质（如Si4+、Al3+、Fe3+、Mn4+等氧化物或氢氧化物胶体）。 残积物主要为难溶物质、岩石碎屑和风化形成的产物
15、，如石英碎屑、蒙脱石、高岭石、铝土矿、蛋白石、裼铁矿等。,第四节 风化作用的产物,三、生物风化作用的产物,生物风化作用的产物包括两部分：一部分是生物物理风化作用形成的矿物、岩石碎屑，在成分上与原岩一致；另一部分是生物化学风化作用的产物，其特征是在物质成分上与原岩不一致。,第四节 风化作用的产物,四、风化壳,地表岩石经物理、化学、生物风化的长期作用，形成由风化产物组成的、分布于大陆基岩表面的不连续薄壳，称为风化壳。地质历史时期的风化壳称之为古风化壳。由于表层和下部岩石所经受的风化程度不一样，表层浅，下部深，因而风化壳在剖面上自上而下的风化物在成分上和结构上都有明显的差异。,第四节 风化作用的产物,四、风化壳,标准的风化壳剖面，自上而下可分为4层：,第四节 风化作用的产物,五、土壤,土壤是指地球表面陆地上能够生长植物的疏楹表层。 土壤主要物质组成有腐殖质、矿物质、水发和空气。,复习思考题,一、定义下列名词风化作用、物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用、冰劈作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用、球状风化、差异风化、土壤、残积物、风化壳、古风化壳。二、回答下列问题4、风化作用有哪些类型和方式。它们之间是怎样的关系？5、试论述球状风化的过程。6、风化作用的产物有哪些类型？7、用图示说明风化壳的结构。8、影响风化作用有哪些主要因素？,
