第七章 风化作用地球化学

1、第七章 风化作用地球化学风化作用地球化学一、风化作用条件的特点和研究意义（一）特点 低而速变的温度（-75 - +85oC） 低压（常压） 处于大气圈游离氧和二氧化碳作用下 水的作用 生物和有机质的参与 营力：太阳能为主风化作用地球化学（二）研究意义1.风化壳型矿床的形成 Fe Al Mn TR, Nb, Ta, U风化作用地球化学2.寻找盲矿的标志 风化作用产物掩盖了矿床，但同时在矿床的土壤及其盖层存在着次生地球化学异常。风化作用地球化学3.土壤成分与农业的关系 烟台的苹果黑云片麻岩优于碳酸岩类岩石形成的土壤 温州蜜桔长石砂岩和花岗岩优于页岩和砂页岩形成的土壤 贵州茶叶砂岩分布区优于碳酸岩区

2、风化作用地球化学二、风化过程中元素迁移的一般规律（一）影响风化作用的因素 物理风化 化学风化 生物风化决定于气候环境风化作用地球化学1.水、氧及CO2(1) 水的作用 溶剂 参与对岩石的破坏作用（水合和水解）Fe2O3 + nH2O = Fe2O3nH2O2KAlSi3O8 + 2H2O + CO2 = H2Al2Si2O8 H2O(高岭石) + K2CO3 + SiO2风化作用地球化学2KAlSi3O8 + 3H2O = 2KOH + H2Al2Si2O8 H2O(高岭石) + 4SiO2风化作用地球化学 调节环境的pH和Eh通过与水的反应调节pH通过水的氧化还原限制Eh： H2 = 2H+

3、 +2e (水中H+ 被还原） 2H2O =O2 + 4H+ +4e（水中氧被氧化）风化作用地球化学（2）氧的作用 大气中的游离氧 21%（体积）PO2 = 0.21大气压 溶解于水中的氧，随温度降低含量增加 作用：低价离子=高价离子风化作用地球化学某些气体在不同温度下的溶解度气体0 oC20 oC60 oC100 oCH20.02148 0.01819 0.01600.0160O20.04889 0.03103 0.01950.0172CO21.7130.8780.359-NH31176702-风化作用地球化学 （3）CO2的作用 大气中CO2：0.03%（体积） 雨水中CO2：2.14%

4、（体积） 作用： 控制pH值 3CO2 +3H2O = H2CO3 + 3H+ + CO32- + HCO3- 碳酸岩的溶解 CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2风化作用地球化学2.pH值表生带天然溶液的pH值为：4-9 硫化物矿床氧化带：2-3 火山地区强酸性水：1-2 沙漠和碱性湖水：10-12 河水： 7 雨水： 6 海水： 8.5风化作用地球化学 pH值对元素迁移的控制一般规律： 低场强元素在酸性条件下易迁移 高场强元素在碱性条件下易迁移风化作用地球化学3.Eh值 改变元素的迁移性质，如Fe2+, Fe3+风化作用地球化学4.矿物和岩石的耐风化能力矿物：氧化物（锆石，金红

5、石，刚玉，尖晶石，锡石，钛铁矿，磁铁矿等）硅酸盐（橄榄石，辉石，长石，云母）碳酸岩（石灰岩等）硫化物（黄铁矿等）一般规律：形成条件与表生条件差别大者易风化。风化作用地球化学5.气候条件雨量：决定水与矿物和岩石的接触温度：控制反应速率风化作用地球化学岩石在温带和热带化学风化的变化对比英格兰闪长岩（温带） 印度闪长岩（热带）新鲜岩石上覆黏土新鲜岩石上覆黏土SiO249.347.350.40.7Al2O317.418.522.250.5Fe2O32.714.69.923.4FeO8.3-3.6-MgO4.75.21.5-CaO8.71.58.4-Na2O4.00.30.9-K2O1.82.51.8-

6、H2O2.97.20.925.0风化作用地球化学6.地形和排水条件山区：平原：流水缓慢，存在水的永久饱和带风化作用地球化学（二）风化过程的化学反应类型1.水解2KAlSi3O8 + 3H2O = 2KOH + H2Al2Si2O8 H2O(高岭石) + 4SiO2风化作用地球化学2.氧化反应(放热反应) 4FeSiO3 + O2 = 2Fe2O3 +4SiO2 +2144kJ PbS + 2O2 = PbSO4(铅矾) ZnS + 2O2 +7H2O = PbSO4 7H2O(皓矾)风化作用地球化学3.水合反应 Fe2O3 + nH2O = Fe2O3 nH2O赤铁矿 水赤铁矿 Mn2O3 +

7、 H2O = Mn2O3 H2O褐锰矿 水锰矿 CaSO4 + 2H2O = CaSO42H2O硬石膏 石膏风化作用地球化学 4.碳酸盐化 CO32-和HCO3- 2CaAl2Si2O8 + 4H2O + 2CO2 = Al4Si4O10(OH)8 + 2CaCO3风化作用地球化学 5.阳离子交换反应 黏土-2Na+ + CaSO4 Na2SO4 + 黏土-Ca2+风化作用地球化学某些黏土和土壤的离子交换能力(mol/100kg)矿物及土壤离子交换能力矿物及土壤离子交换能力高岭石3-15土壤的有机部分 150-500埃洛石5-50灰化土(美国)2-25蒙脱石80-150黑钙土（苏联） 30-6

8、0伊利石10-40黑色印度土50-80绿泥石10-40潜育土(赞比亚)2-10蛭石100-150风化作用地球化学（三）元素的生物地球化学迁移1.对大气中O2和CO2的控制2.有机酸对矿物和岩石的风化影响3.植物对元素的选择性摄取风化作用地球化学（四）风化过程中元素迁移的一般规律 水迁移系数： Kx = mx 100/(a nx) 式中mx ：河水中元素x的含量（毫克/升） nx ：汇水区岩石中x的含量（%） a含于水中的矿物质或残渣总量（毫克/升）风化作用地球化学某些元素水迁移系数计算情况测量单位SiCaZnCuFeMx毫克/升1050510-2310-31nx%29.52.968.310-3

9、4.710-34.65kx0.073.31.20.120.04计算中 a 为 500 毫克/升，岩石中元素含量为克拉克值风化作用地球化学元素的表生迁移性质很活动 kx=n10-100阴离子 S Cl B Br活动 kx=nCa Na Mg Sr RaF弱活动 kx= 0.nK Ba Rb Li Be Cs Tl阴离子形式 Si P Sn Ge Sb氧化环境活动和弱活动在氧化环境的酸性和酸性碱性都强烈迁移(kx= n-0.n )弱酸性水中强烈迁移（呈阴离子）强还原中惰性中性和碱性活动性低V U Mo Se Rekx 0.1Zn Ni Cu Pb Cd Hg Ag风化作用地球化学在还原环境中活动或弱活动k