第三章风化作用

1、第三章第三章 风化作用风化作用基本概念基本概念风化壳风化壳风化反应风化反应风化带风化带 中矿物的稳定性中矿物的稳定性一、基本概念一、基本概念基岩（bedrock）：组成地壳的固结而坚硬的岩石（包括火组成地壳的固结而坚硬的岩石（包括火成岩、变质岩和先成的沉积岩），它们形成于地面以下较高成岩、变质岩和先成的沉积岩），它们形成于地面以下较高的温度和压力下。由于地壳运动使这些基岩进入地表环境，的温度和压力下。由于地壳运动使这些基岩进入地表环境，即处于常温、常压并与大气圈、水圈和生物圈接触的环境时，即处于常温、常压并与大气圈、水圈和生物圈接触的环境时，将会变得不稳定，而遭受风化作用，转变成碎屑物质、溶解

2、将会变得不稳定，而遭受风化作用，转变成碎屑物质、溶解物质和不溶残余物质。风化前的基岩是沉积岩的主要物质来物质和不溶残余物质。风化前的基岩是沉积岩的主要物质来源，可称为沉积岩的源，可称为沉积岩的母岩（parent rock） 母岩风化母岩风化 物理风化物理风化: :使先成岩石产生裂隙、并逐渐崩解形成使先成岩石产生裂隙、并逐渐崩解形成碎屑碎屑( (即陆源碎屑）的过程即陆源碎屑）的过程 化学风化化学风化: :使先成岩石中的某些矿物或成分分解消使先成岩石中的某些矿物或成分分解消失同时多少产生一些不溶残余的过程失同时多少产生一些不溶残余的过程 母岩风化后转变成三种物质母岩风化后转变成三种物质: :碎屑物

3、质、溶解物质碎屑物质、溶解物质和不溶残余物质。在转变过程中和不溶残余物质。在转变过程中, ,涉及到物理和化学涉及到物理和化学两种性质的变化两种性质的变化第三章第三章 风化作用风化作用二、风化壳二、风化壳第三章第三章 风化作用风化作用风化带风化带（weathering zone）或或风化壳风化壳（weathering crust）自地面向下一定深度内基岩受到明显风化的地带称为显然，自地面向下一定深度内基岩受到明显风化的地带称为显然，越接近地表，岩石风化程度越高越接近地表，岩石风化程度越高湿热地区风化壳发育完整，剖面自上而下可分为湿热地区风化壳发育完整，剖面自上而下可分为土壤层土壤层（soil）、

4、）、残积层残积层（eluvium）和）和半风化层半风化层（semi-weathering zone）等互相过渡的层，风化壳的底即为未）等互相过渡的层，风化壳的底即为未风化的基岩或母岩风化的基岩或母岩 第三章第三章 风化作用风化作用第三章第三章 风化作用风化作用 现代大陆主要风化壳类型（引自黄定华，现代大陆主要风化壳类型（引自黄定华，20042004） 三、化学风化及其产物三、化学风化及其产物1. 水解反应水解反应e.g. KAlSi3O8+H+OH-1 Al4Si4O10(OH)8 + H4SiO4 + K+ 钾长石钾长石 高岭石高岭石 可溶性硅酸可溶性硅酸 KAlSi3O8+H+OH-1 K

5、 Al2Si4O10(OH)2 nH2O +H4SiO4+K+ 钾长石钾长石 伊利石伊利石 可溶性硅酸可溶性硅酸 CaAl2Si2O8+ Mg2+ H+OH-1 =(Ca, Al,Mg)Si4O10(OH)2nH2O+H4SiO4 斜长石斜长石 蒙皂土蒙皂土 可溶性硅酸可溶性硅酸 K Al2Si4O10(OH)2 nH2O +H+Al4Si4O10(OH)8+K+ 伊利石伊利石 高岭石高岭石 Al4Si4O10(OH)8 +OH-1 +H2O Al2O3 nH2O +H4SiO4 高岭石高岭石 三水铝石三水铝石 可溶性硅酸可溶性硅酸第三章第三章 风化作用风化作用水解反应的特点水解反应的特点:

6、: . .水解反应的类型与反应程度与水的酸碱度有关水解反应的类型与反应程度与水的酸碱度有关. . . .形成产物中同时包括难溶解物质和易溶物质形成产物中同时包括难溶解物质和易溶物质. . . .水解后的易溶物质水解后的易溶物质( (可溶成分可溶成分) )将以离子形式随流将以离子形式随流 体迁移体迁移. . . .水解后的难溶物质水解后的难溶物质( (不溶残余不溶残余) )将在原地富集或以将在原地富集或以 胶体的形式随流体迁移胶体的形式随流体迁移. .第三章第三章 风化作用风化作用2.2.氧化反应氧化反应e.g. Fe2Si2O6+O2 2Fe2O3+4SiO2 铁辉石铁辉石 赤铁矿赤铁矿 Fe

7、2S+O2 Fe2O3+SO2 黄铁矿黄铁矿 赤铁矿赤铁矿 氧化反应的特点氧化反应的特点: : . .氧化反应的程度主要与水体中的游离氧有关氧化反应的程度主要与水体中的游离氧有关. . . .新形成的产物总是具有更高的在水体或空气中的稳新形成的产物总是具有更高的在水体或空气中的稳 定性定性第三章第三章 风化作用风化作用3.3.碳酸盐或重碳酸盐化碳酸盐或重碳酸盐化e.g. CaAl2Si2O8+CO2+H2O CaCO3+Al2Si2O5(OH)4 钙长石钙长石 方解石方解石 高岭石高岭石 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 方解石方解石 重碳酸盐重碳酸盐反应特点反应特点: : .

8、.与水体中与水体中CO2CO2的浓度有关的浓度有关. . . .新形成的易溶性重碳酸盐可随水体自由迁移新形成的易溶性重碳酸盐可随水体自由迁移. . . .难溶组分则可以胶体的形式迁移难溶组分则可以胶体的形式迁移. .第三章第三章 风化作用风化作用4.4.有机络合作用有机络合作用原岩矿物或原岩分解产物与有机酸或酚等反应原岩矿物或原岩分解产物与有机酸或酚等反应, ,生成易溶的有机络合生成易溶的有机络合, ,并以有机络合离子的形式并以有机络合离子的形式随流体迁移随流体迁移第三章第三章 风化作用风化作用5.5.胶体分散作用胶体分散作用 胶体是指介于微米与纳米级之间胶体是指介于微米与纳米级之间( (10

9、-3 - 10-6 mm) )的微的微粒粒, ,胶体往往带有电荷性胶体往往带有电荷性. . 带电荷原因可能与胶体的成分带电荷原因可能与胶体的成分偏离理想成分有关偏离理想成分有关. .例如例如: : Fe(OH)3 Fe3+ 与与Fe(OH)3 (OH)-m 分别为正胶体和负胶体分别为正胶体和负胶体, , 相同电荷间的静电排斥阻碍了胶粒或胶团的重力下沉相同电荷间的静电排斥阻碍了胶粒或胶团的重力下沉. . 当当溶液的带电性发生改变时溶液的带电性发生改变时, ,胶体发生凝聚和沉淀胶体发生凝聚和沉淀第三章第三章 风化作用风化作用在一般风化条件下（富氧、中偏弱酸性），尽管总的风在一般风化条件下（富氧、中偏弱酸性），尽管总的风化速率比较缓慢，但不同矿物被分解的速率（或抗风化化速率比较缓慢，但不同矿物被分解的速率（或抗风化能力）却有很大差别，据此可将大陆风化带中的矿物粗能力）却有很大差别，据此可将大陆风化带中的矿物粗略地划分成三个稳定性级别略地划分成三个稳定性级别四、风化带中矿物的稳定性四、风化带中矿物的稳定性第三章第三章 风化作用风化作用. . 不稳定矿物不稳定矿物 指易溶盐类矿物（石膏、石盐、钾盐等指易溶盐类矿物（石膏、石盐、钾盐等) ) 易于氧易于氧化或碳酸盐、重碳酸盐化的矿物。化或碳酸盐、重碳酸盐化的矿物。. .次稳