风化和重力地貌和堆积物

1、风化和重力地貌和堆积物第一节第一节 风化和重力地貌与堆积物风化和重力地貌与堆积物一、风化作用和残积物一、风化作用和残积物二、土壤和古土壤二、土壤和古土壤三、重力地貌及堆积物三、重力地貌及堆积物一、风化作用和残积物一、风化作用和残积物 暴露地表的岩石，受太阳辐射、温度变化、水和生暴露地表的岩石，受太阳辐射、温度变化、水和生物的作用，发生破碎和分解，形成各种岩屑、砂粒和粘物的作用，发生破碎和分解，形成各种岩屑、砂粒和粘土，这种作用称为土，这种作用称为。 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物分化生物分化（一）风化作用的类型1、物理风化、物理风化 概念：地表岩石由于温度变化和孔隙中水的冻融以概念：

2、地表岩石由于温度变化和孔隙中水的冻融以及岩类的结晶而产生的机械崩解过程。它使岩石从及岩类的结晶而产生的机械崩解过程。它使岩石从比较完整固结的状态变为松散破碎状态，使岩石的比较完整固结的状态变为松散破碎状态，使岩石的孔隙度和表面积增大。这种只引起岩石物理性质变孔隙度和表面积增大。这种只引起岩石物理性质变化的风化作用称为物理风化或机械风化。化的风化作用称为物理风化或机械风化。物理风化的主要方式物理风化的主要方式: :（1 1）温差风化）温差风化: :岩石表层温度的周期性变化使岩石崩解岩石表层温度的周期性变化使岩石崩解, ,多在温多在温差大的干旱和半干旱地区发生。差大的干旱和半干旱地区发生。（2 2

3、）冰劈作用）冰劈作用: :岩石裂隙中的水结冰后体积膨胀岩石裂隙中的水结冰后体积膨胀, ,溶化后体积变溶化后体积变小小, ,再加入水再加入水, ,然后再次膨胀然后再次膨胀, ,长期反复作用引起岩石破裂。主长期反复作用引起岩石破裂。主要发生有高纬度及高山区。要发生有高纬度及高山区。（3 3） 盐类的结晶与潮解作用盐类的结晶与潮解作用: :与冰劈类似与冰劈类似, ,盐类结晶使体积增盐类结晶使体积增大大, ,多发生在干旱及半干旱地区。多发生在干旱及半干旱地区。冻融风化 物理风化的结果导致： 大块岩石 小块岩石； 完整岩石 分散岩石； 体积变化 ：a.单个体积由大变小； b.总体积 大； 表面积由小 变

4、大。2、化学风化、化学风化 概念：化学风化是指岩石在水、水溶液和空气中的氧与二概念：化学风化是指岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧氧化碳等的作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化。它使岩石中可溶的矿物逐步溶化等一系列复杂的化学变化。它使岩石中可溶的矿物逐步溶蚀流失或渗到风化壳的下层，在新的环境下又可能重新沉积。蚀流失或渗到风化壳的下层，在新的环境下又可能重新沉积。化学风化的类型（1 1）溶解作用）溶解作用（2 2）结晶作用）结晶作用 （3 3）水化作用）水化作用（4 4）水解作用）水解作用（5 5）碳酸化作用）碳酸化

5、作用（6 6）氧化过程）氧化过程 水是一种很好的溶剂，很多矿物能溶解于其中，由于矿物的化学性质不同，它们的溶解度也不同。常见的造岩矿物，按溶解度的大小排列顺序如下：食盐 石膏 方解石 橄榄石 辉石 角闪石 滑石 蛇纹石 绿帘石 长石 黑云母 白云母 石英。 因此，溶解作用对于由方解石、石膏、岩盐等易溶性矿物组成的岩体破坏性很大。溶解作用增加了岩石的孔隙，破坏了岩石的结构，消弱了岩石抵抗风化的能力，有利于物理风化的进行。a.溶解作用b.水解作用 （续1） 在风化带的各种化学反应中，水解占据首位。水解为水的电离产生的H +、 OH与矿物的离子之间发生交换的反应。 一般水中存在游离的H +、 OH，

6、而一些弱酸强碱或强酸弱碱所组成的盐类矿物在水中出现离解成带不同电荷的离子，这些离子分别与水中含有的H + 、OH发生反应，形成含OH的新矿物，称水解作用。造岩矿物的大部分属硅酸盐或铝硅酸盐，是弱酸强碱盐，易于发生水解。 对于硅酸盐矿物，尤其是长石，水解是最特征的反 应。形成的高岭土残留在原地，二氧化硅呈胶体状态 与氢氧化钾一起随水逐渐流失。水解作用 ： （续2） 在水解反应中，H+ 离子起着决定性的作用，它将金属K+ 、Na+ 、Ca2+等排挤出铝硅酸盐，从而破坏了矿物的晶格构造。 水解时OH-离子与金属阳离子一道通过地表水流直至进入海洋，使后者的碱度增大，而同铝硅酸盐阴离子结合的H+ 离子则

7、进入粘土矿物，这些粘土矿物一般都是难溶解的弱酸性物质。因此，总体上可以说，水解反应的酸性部分聚集于大陆的表面，而碱性部分进入世界海洋。 返回 c.水化作用 水化作用是指水与一些不含水的矿物相化合，水参与到矿物 的晶格中去改变了原来矿物的分子结构，形成新的矿物。最常见的水化作用的例子是： CaSO42H2OCaSO42H2O 硬石膏 石膏 水化作用的产生是由于组成矿物的离子半径不等，晶架不稳固，为了保持结晶格架的坚固性，又不改变其电性，故吸收中性水分子到结晶格架中来变得稳固。 水化作用中水分子的加入，与一般水的混入不同，这些水分子只有在高温条件下才能重新逸出。水化作用的结果不只是产生含水新矿物，

8、还导致矿物硬度降低、体积增大，这将对周围岩石产生很大压力，加速了岩石的破坏，从而促进了物理风化的进行。 d. 碳酸盐化作用： 自然界中的水多数属含碳酸、硫酸、硝酸以及各种有机酸类的水溶液，如水吸收大气和土壤中的CO2后，就形成了碳酸，碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐，这种作用称为碳酸盐化作用。在碳酸盐化的影响下，矿物部分或全部发生溶解，含于其中的金属则转变为碳酸盐。通过水解硅酸盐发生分解时，常伴随着碳酸的作用。例如：正长石经水解产生氢氧化钾，如遇碳酸则产生易溶的钾的碳酸盐随水流失，部分SiO2以胶体状转入溶液，随水流失，高岭石则残留在原地。碳酸盐化作用在石灰岩地区最为明显，将在Kars

9、t一章中再详细讨论。 请问高岭土与高岭石有何不同请问高岭土与高岭石有何不同 ？ e.氧化作用：岩石中的氧化作用：通常是在水的参与下，通过 空气和水中游离氧而实现的。氧化反应是导致许多含低价铁的硅酸盐和大部分的硫化物风化分解的重要过程。温度愈高，氧化作用愈强。在所有的矿物中，硫化物是最易于发生氧化而转变为硫酸盐的矿物。有些硫化物被氧化后，还会形成硫酸，加速岩石的化学风化。 如：黄铁矿经氧化形成褐铁矿。 应该指出，只有位于地下水面以上的岩层，氧化作用才能强 烈进行。位于地下水面以下的岩层，水中游离氧很少，氧化作 用很难进行，因为它处于还原的环境。 近几十年来，对于细菌参与氧化和还原反应的问题，已进

10、行 了许多研究。已经查明，自然界中存在一类铁氧化细菌，它能 把Fe2+氧化为Fe3+,另一类硫氧化细菌能将硫化物氧化为硫酸盐 。3、生物风化 概念：是指生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石矿物所起的物理的和化学的风化作用。 1、生物物理风化作用： 生命赞歌生命赞歌昆仑山上的松柏昆仑山上的松柏2、生物化学风化作用：、生物化学风化作用： 例如，有些微生物新陈代谢时，要汲取矿物中的某些元素。如磷细菌、硅细菌，它们的生命活动就是靠分解矿物中的磷和硅，因而含磷矿物和含硅矿物就被它们破坏了。 菌类、藻类及其他微生物通过它们的生命活动能放出CO2、O2、H2S等气体，这些气体能对矿物岩石进行强烈的化

11、学风化作用。 生物本身分泌出的有机酸能腐蚀和溶解岩石，使岩石遭到破坏（如地衣、植物的根等）。 生物风化影响风化作用的因素1、地质因素地质因素（岩性、结构、裂隙度等）2 2、气候因素、气候因素 3、地形因素地形因素4 4、植被、植被 5 5、时间、时间6 6、人类活动、人类活动 岩石成分对风化作用的影响岩石成分对风化作用的影响元素的迁移能力元素的迁移能力：某些元素易于从矿物中析出。如某些元素易于从矿物中析出。如K K、CaCa、NaNa、MgMg等，有些不易析出，如等，有些不易析出，如AlAl、FeFe、TiTi及及SiOSiO2 2（石英）等。（石英）等。矿物的抗风化能力矿物的抗风化能力: :

12、浅色或无色矿物抗风化能力大于深色矿物；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；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。岩浆岩矿物中抗风化能力与结晶顺序相反。 差异风化差异风化(differential weathering)(differential weathering)：在相同风化条件下：在相同风化条件下由于岩性的不同导致风化速度不同，使岩石表面出现凸凹不平由于岩性的不同导致风化速度不同，使岩石表面出现凸凹不平的现象。的现象。铁镁硅酸盐结晶序列 钙钠硅酸盐结晶序列 鲍文反应序列 花岗

13、闪长岩中闪长岩包体差异风化现象花岗闪长岩中闪长岩包体差异风化现象岩性的差异岩石结构、裂隙度的影响岩石结构、裂隙度的影响 岩石中矿物颗粒大小、孔隙度、裂隙度等均对岩石的岩石中矿物颗粒大小、孔隙度、裂隙度等均对岩石的风化产生影响。通常颗粒大者易风化，裂隙发育者易风化产生影响。通常颗粒大者易风化，裂隙发育者易风化。风化。 球形风化球形风化(spheroidal weathering)(spheroidal weathering)：岩石中因发育多组：岩石中因发育多组裂隙，在风化作用下趋于球化的现象。常见于较细、均质岩裂隙，在风化作用下趋于球化的现象。常见于较细、均质岩石中，如粉砂岩、凝灰岩、火山熔岩中

14、。石中，如粉砂岩、凝灰岩、火山熔岩中。北戴河小东山鸽子窝北戴河小东山鸽子窝球形风化：水进入岩石的节理，并扩大这球形风化：水进入岩石的节理，并扩大这些节理，由于风化特别集中在这些岩石的些节理，由于风化特别集中在这些岩石的棱角部位，使岩大理石呈球状。棱角部位，使岩大理石呈球状。北京周口店球形风化北京周口店球形风化2、气候的影响、气候的影响 炎热潮湿区化学生物风化作用十分强烈，干旱、半干旱区以炎热潮湿区化学生物风化作用十分强烈，干旱、半干旱区以温差风化为主，寒冷冰冻区以冰劈作用为主。温差风化为主，寒冷冰冻区以冰劈作用为主。3 3、地形条件、地形条件 地形高低造成气候垂直分带，阳坡比阴坡风化作用强。地

15、形高低造成气候垂直分带，阳坡比阴坡风化作用强。（二）风化作用阶段及产物 1、碎屑残积阶段及其产物 2、钙质残积阶段及其产物 3、硅铝残积阶段及其产物 4、铁铝残积阶段及其产物1、碎屑残积阶段及其产物处于风化的初级阶段，以物理风化为主，温差风化、冰劈作用、盐类结晶等，使岩石在原地发生体积崩解，形成残留于原地的从块砾到粉砂级岩屑，岩石化学成分基本不变，故称碎屑残积阶段。仅见少量的蛭石、伊利石、绿泥石等风化程度较低的粘土矿物2、钙质残积阶段及其产物在物理风化基础上发生的早期化学风化作用。F、Cl、Br、I等卤族元素析出流失K+ 、 Na+ 、 Ca2+ 、 Mg2+等阳离子被H+置换，溶液呈碱性,与

16、Cl- 、 CO32- 、 SO42-离子结合形成氯化物、碳酸盐和硫酸盐析出流失氯化物（NaCl、KCl）流走碳酸盐和硫酸盐难于溶解，含钙矿物如方解石(CaCO3)、石膏(CaSO42H2O)等残留在风化层中，使Ca相对富集钙质残积阶段或富钙阶段3、硅铝残积阶段及其产物化学风化作用进一步深入，硅酸盐矿物晶体破坏，部分硅和铝从矿物中析出，溶液呈酸性。SiO2+H2O H2SiO3H2SiO3 2H+SiO32+纯二氧化硅的含水凝胶称为蛋白石（SiO2nH2O）（opal），是含水非晶质胶体矿物，脱水可转化为玉髓或粉末状二氧化硅。铝硅酸盐分解出的另一部分硅和铝在地表结合形成各种粘土矿物，随着水介质

17、环境由弱碱性酸性，在地表分别形成伊利石（水云母）、蒙脱石（胶岭石）与高岭石等粘土矿物。高岭石、蒙脱石湿润气候条件伊利石 较干冷气候条件富硅铝阶段或粘土形成阶段3、硅铝残积阶段及其产物4、铁铝残积阶段及其产物长时间的化学风化作用进行到最后阶段，硅酸盐矿物全部被分解，且阶段3形成的表生粘土矿物也可分解，可迁移元素均已析出。风化碎屑中主要为大量Fe、Al和SiO2胶体矿物，水铝石（铝土矿，Al2O3nH2O，或有Fe、Mn混入）、褐铁矿（Fe2O3nH2O）、水赤铁矿（Fe2O3）、针铁矿等。形成富含高价铁的粘土，即红土。富铁铝阶段或红土形成阶段（三）残积物与风化壳（三）残积物与风化壳 地表岩石经受

18、风化作用发物理破坏和化学成分改变后，残留在原地的堆积物，称为残积物。 具有多层结构的残积物剖面称风化壳。1、残积物岩性（1 1）原岩岩屑）原岩岩屑岩块、角砾、粉砂级颗粒，呈棱角状岩块、角砾、粉砂级颗粒，呈棱角状（2 2）风化残余矿物）风化残余矿物抗风化能力：氧化物抗风化能力：氧化物 硅酸盐硅酸盐 碳酸盐和硫酸盐碳酸盐和硫酸盐 卤化物卤化物溶解度：食盐溶解度：食盐 石膏石膏 方解石方解石 橄榄石橄榄石 辉石辉石 角闪石角闪石 滑石滑石 蛇纹蛇纹石石 绿帘石绿帘石 正长石正长石 黑云母黑云母 白云母和石英白云母和石英（3 3）地表新生矿物）地表新生矿物主要是粘土矿物和胶体矿物主要是粘土矿物和胶体矿

19、物2、残积物结构构造（1）全风化带（2）半风化基岩带（3）未风化基岩带由于风化作用具有从地表往下随深度增加而减弱，近地表风化强烈，物质迁移流失多，原岩改变明显等特征，使残积物显示分层（分带）现象，各层之间呈逐渐过渡状态，无明显分界，亦无沉积层理。以典型的热带砖红土剖面为例：全岩全风化为高价铁染红的粘土，通常以高岭土为主。构造残积亚带：保存原岩结构、构造的风化粘土层（如保存原砾石外形的已风化成土的砾石），是风化残积物未经搬运的良好标志。又称腐岩，是地下水通过裂隙进入岩石一定深度，使岩石沿裂隙风化成泥质产物，裂隙间原生母岩的外观呈“块”、“砾”状，仅“块” 、“砾”的表面有轻度风化保存原岩岩性、结

20、构、构造特征，但上部有从风化淋滤下来的碳酸盐、硫酸盐和硅质的渗滤物，是次生富集矿形成地带（四）残积物（风化壳）类型 1 1、岩屑型残积物、岩屑型残积物 2 2、硅铝、硅铝- -碳酸盐（或硫酸盐）型残积物碳酸盐（或硫酸盐）型残积物 3 3、硅铝粘土型残积物、硅铝粘土型残积物 4 4、铁铝型残积物、铁铝型残积物气候是影响风化作用的主要因素，不同气候下风化壳的类型、分层结构和厚度不同冻土带灰化分解带草原荒漠和半荒漠带草原热带雨林带热带草原蒸发量降雨量年均温植物生长量新鲜岩石角砾带（化学变化少）水云母-蒙脱石-贝得石带高岭石带铝土带Fe2O3+Al2O3带各气候带风化壳发育情况示意图1 1、岩屑型残积

21、物、岩屑型残积物在寒冷的高纬、高山冻原带，以冻融风化为主，岩石物理风化速度较快，化学风化轻微，形成碎屑残积阶段型岩屑风化壳。以岩屑为主，上部强烈风化成含砾砂土或细粒砂土，下部变为粗角砾，最下部过渡为风化裂隙发育的基岩。粒间混生少许低级风化矿物。2 2、硅铝、硅铝- -碳酸盐（或硫酸盐）型残积物碳酸盐（或硫酸盐）型残积物干旱区（荒漠）或温带半干旱区（草原），以温差风化为主，岩石破碎成土状，化学风化早期析出碱金属等元素与酸根结合，形成钙质残积阶段型残积物。以含细角砾的细粒土为主，颗粒周围聚集薄膜状或分散状碳酸钙，或在表层聚集碳酸钙、石膏和卤化物（干旱区）。整个残积物呈灰黄色-黄色，又称黄土状风化壳

22、。3 3、硅铝粘土型残积物、硅铝粘土型残积物湿润气候条件下，以化学风化为主，形成硅铝残积阶段型残积物。形成多种粘土矿物为特征，并形成少量次生氧化铁和氢氧化铁矿物，以高岭土矿物为主，蒙脱石次之，被高价铁染成红色剖面，称红色高岭土风化壳；若含氢氧化铁（褐铁矿）多时呈褐色、灰色。4 4、铁铝型残积物、铁铝型残积物湿热气候条件下，化学风化较彻底，硅酸盐矿物全部分解，转变为以次生铁、铝矿物和高岭石粘土矿物为主的砖红土风化壳。易迁移元素（K、Na、Ca、Mg）流失，Fe、Al及部分Si则形成氧化物、含水氧化物（水铝石、赤铁矿、褐铁矿等），呈皮壳状、豆状、透镜状、似薄膜状和分散状等方式沉淀在风化产物中，形成铁铝残积阶段型红土残积物。因高价铁染呈红色-砖红色，厚几十米到百米，时间可达几十万年。q。现代风化壳剖面现代风化壳剖面风化壳砖红壤剖面 二、土壤与古土壤（一）土壤：陆地表面具有一定肥力的能生长植物的疏松表层。是以各种风化产物或松散堆积物为母质层，经过生物化学作用为主的成土作用改造而成