土壤学第二章

1、第二章第二章岩石风化与土岩石风化与土壤形成壤形成风化作用（风化过程）风化作用（风化过程）一、风化作用的概念 风化作用-地表的岩石在大气和水的联合作地表的岩石在大气和水的联合作用以及温度变化和生物活动影响下，所发用以及温度变化和生物活动影响下，所发生的一系列生的一系列崩解崩解和和分解分解作用。作用。岩石发生风化作用的原因:岩石处在它生成的环境条件下是稳定的（处于一种平衡状态），但条件发生变化，为了适应新的环境，必然发生变化，以达到适应新环境的新平衡。这种变化是慢长的，如果环境不断发生变化，则岩石或风化物可能一直在变化。风化作用实质上表现为一系列崩解和分解风化作用崩解：岩石由大块变成碎块，再渐变成

2、细粒，其形状和大小改变了，但化学成分不发生变化。 自然界中，三种风化作用通常是联合进行与相互助长的， 划分它是为了讨论方便。物理风化化学风化分解：岩石风化过程中化学成分发生变化生物风化二、风化作用类型二、风化作用类型1、物理风化、物理风化指岩石在外力影响下，机械地分裂成碎屑，只指岩石在外力影响下，机械地分裂成碎屑，只改变其大小与外形，而不改变成分的过程。改变其大小与外形，而不改变成分的过程。风化作用、温度作用、温度作用 : 引起岩石内外胀缩不一致，岩石是热不良导体。、结冰作用、结冰作用:（冰劈作用）、风和水的磨蚀作用、风和水的磨蚀作用 : 风沙磨蚀岩石，使之表面裸露，加速物理风化。岩石的层状剥

3、落示意图岩石的层状剥落示意图引起物理风化作用的因素很多，主要有引起物理风化作用的因素很多，主要有： 冰劈作用冰劈作用 进入岩石裂缝中的水反复融化与进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。 风和流水的作用风和流水的作用 主要风和流水把岩石表层剥主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。 热力作用热力作用 岩石受热后引起表层和内部热胀岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。冷缩不同引起。 冰川作用冰川作用 冰川底部和两侧的岩石会受到冰川冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。的压力和磨蚀作用而破碎

4、。 卸荷作用卸荷作用 指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。在花岗岩分布区最为常见。 2.化学风化作用化学风化作用 岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。寒裂作用风化作用2、化学风化、化学风化指岩石在外界条件的影响下，引起化学成指岩石在外界条件的影响下，引起化学成分的改变，产生新的物质的过程。分的改变，产生新的物质的过程。风化作用（1）溶解作用）溶解作用 水是一种极性溶剂，岩石中水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机

5、盐，的矿物都是无机盐， 虽然占绝大部分的硅虽然占绝大部分的硅酸盐和铝硅酸盐矿物溶解度很小，酸盐和铝硅酸盐矿物溶解度很小， 但很大但很大的地质年代中，水溶解的规模是相当大的，的地质年代中，水溶解的规模是相当大的， 况且地表的水常常溶有况且地表的水常常溶有COCO2 2、NONO2 2以及有机酸以及有机酸等，等， 这样大大提高了水的溶解能力。这样大大提高了水的溶解能力。（2）水化作用）水化作用 指无水矿物与水结指无水矿物与水结合成为含水矿物的作用合成为含水矿物的作用。 CaSO42H2O CaSO4.2H2O2Fe2O33H2O 2Fe2O3.nH2O 赤铁矿赤铁矿 褐铁矿褐铁矿 风化作用（）水解

6、和碳酸化作用（）水解和碳酸化作用水解水解2KAlSi3O83H2O Al2Si2O5(OH) 4SiO22KOH 钾长石钾长石 高岭石高岭石碳酸化水解作用碳酸化水解作用2KAlSi3O8CO22H2O AlSi2O5(OH)4SiO2K2CO3 CO2溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍倍 风化作用水解和碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被子氢离子取代。 CaCO3 H2CO3 Ca(HCO3) 2 溶解度很低 溶解度较高 平衡的变化：(1)当CO2充足时，且有一定的湿度，平衡一直向右(2)当湿度较小，Ca(HCO3) 2脱水并放出CO2，平衡

7、向左进行。自然界的许多石灰岩溶洞不断地进行着以上反应， 形成千姿百态的地。如石笋、石钟乳、石柱、石林等，(H2O+CO2)风化作用石笋石灰岩的风化（）氧化作用（）氧化作用 空气中的氧在有水的条件下，氧化能力很强。2FeS22H2O7O2 FeSO42H2SO4湿润的条件下含铁、硫的矿物（含变价元素）普遍地进行着氧化过程。深色矿物（因含二价铁）容易风化。风化作用3、生物风化、生物风化指岩石中的矿物在生物及指岩石中的矿物在生物及其分泌物或有机质分解产物的作用下，其分泌物或有机质分解产物的作用下，进行的机械性破碎和化学分解过程。进行的机械性破碎和化学分解过程。 生物风化的作用因素是生物及其代谢物生物

8、风化的作用因素是生物及其代谢物发生的风化是物理和化学风化并存。发生的风化是物理和化学风化并存。 微生物、植物根系、动物等，在岩石风化初期主要是低等生物如细菌，真菌，地衣等。风化作用 A:A:生物的机械破碎作用生物的机械破碎作用 由生物的生命活由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用动引起的岩石机械破碎作用( (物理风化物理风化) )。例如：根劈作用。例如：根劈作用。B:B:生物的化学分解作用生物的化学分解作用 有些生物在生命有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。取营养物质。上述上述3 3种风化类型之间相互影响，相互种风化类型之间相互影响

9、，相互联系联系, ,只是在不同的外界条件下各有侧重。只是在不同的外界条件下各有侧重。根劈作用风化作用总之，各种岩石在风化作用下，逐渐总之，各种岩石在风化作用下，逐渐遭破坏，稳定性矿物以原生矿物留下，遭破坏，稳定性矿物以原生矿物留下，不稳定性矿物，不稳定性矿物， 一部分形成不溶物一部分形成不溶物质（如各种粘土矿物、氧化铁等）残质（如各种粘土矿物、氧化铁等）残留在原地，另一部分形成可溶性物质留在原地，另一部分形成可溶性物质（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋失或搬运到其他地方。失或搬运到其他地方。原生矿物可溶性盐粘土矿物风化产物风化产物土壤砂粒土壤细粒土壤溶液离子三、三

10、、 影响风化的因素影响风化的因素1、内因、内因（岩石的性质）岩石本身的性质影响着风化的速度和强度组成岩石的矿物纯度 风化作用组成岩石的矿组成岩石的矿物成分和性质物成分和性质岩石的结构岩石的结构岩石的构造岩石的构造（1）组成岩石的矿物成分和性质组成岩石的矿物成分和性质 组成岩石的矿物颜色、颗粒大小。 组成岩石的矿物的化学结构 即稳定性注：在外界环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物抗风化的稳定性顺序如下：石英白云母正长石斜长石黑云母角闪石辉石橄榄石（见矿物结晶顺序图）风化作用（）岩石的结构（）岩石的结构隐晶或等粒细粒的稳定性大于等粒粗粒或斑隐晶或等粒细粒的稳定性大于等粒粗粒或斑状（物理风化）。

11、状（物理风化）。 但是一当岩石破碎崩解，但是一当岩石破碎崩解，细粒由于表面积大，容易受到水、空气、细粒由于表面积大，容易受到水、空气、COCO2 2等化学物质作用而发生化学风化。等化学物质作用而发生化学风化。（）岩石的构造（）岩石的构造坚硬而致密结构的岩石，比疏松多孔的岩石坚硬而致密结构的岩石，比疏松多孔的岩石抗风化能力强，有层理、片理、节理和裂抗风化能力强，有层理、片理、节理和裂隙的岩石，水分、空气容易侵入而引起风隙的岩石，水分、空气容易侵入而引起风化。化。风化作用注：岩石的形成环境与所处环境差别越大越注：岩石的形成环境与所处环境差别越大越容易风化。如岩浆岩、变质岩主要是在高容易风化。如岩浆

12、岩、变质岩主要是在高温高压下形成的，在地表极易风化，而沉温高压下形成的，在地表极易风化，而沉积岩抗风化能力比岩浆岩等强；花岗岩、积岩抗风化能力比岩浆岩等强；花岗岩、片麻岩露头多呈疏松分解状态，而砂岩露片麻岩露头多呈疏松分解状态，而砂岩露头则常常保持良好。头则常常保持良好。风化作用2、外因、外因（岩石所处的环境条件） （1）气候）气候 ：控制风化作用的类型和速度控制风化作用的类型和速度 a.极地气候区 b.沙漠干旱气候区 c.温带湿润气候区 d.热带炎热气候区（2）地形和植被）地形和植被：地形可影响风化作用的速度、 深度及风化产物的堆积厚度和分布状况。风化作用四四 、风化产物的类型、风化产物的类

13、型地表的风化产物构成一层薄薄的外壳地表的风化产物构成一层薄薄的外壳-风化风化壳壳 碎屑物质 风化产物 难溶物质 形成不同类型的风化壳。 溶解性物质 风化作用生态类型生态类型 （根据风化产物对土壤肥力性状的影响作为分类）地球化学类型地球化学类型 （根据风化物化学成分特点分类 ）母质类型母质类型 （根据风化产物的成因分类）（1）硅质岩石风化物）硅质岩石风化物SiO2含量很高的岩石 ：如石英岩、石英砂岩、由硅质胶结的岩石（硅质砾岩或页岩）。特 点：硅质岩类抗物理风化和化学能力强土壤肥力性状：硅质岩类风化物的厚度极薄，砂质，多石砾，各种营养元素也十分贫乏，分散的石英颗粒及岩石碎屑保水能力很低。风化产物

14、类型1、生态类型、生态类型（2）长石质岩石风化物）长石质岩石风化物富含正长石成分的岩石：花岗岩、正长岩、酸性斑岩、流纹岩长石砂岩、片麻岩特 点： 抗物理风化能力差，易崩解，形成厚层风化壳土壤肥力性状：由于这类岩石除了含有较多的长石外，还有一定量的石英，正长石在湿热的环境下易分解生成次生粘矿， 粘土矿物和石英混合存在，使土壤砂粘适中，表现出较好的肥力。风化产物类型（3）铁镁质岩石风化物）铁镁质岩石风化物 富含深色矿物的岩石：辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等。特 点： 抗物理风化和化学风化均较弱，形成厚层风化壳。土壤肥力性状：由于这类岩石中SiO2含量很少，发育形成的土壤质地较粘，含有较丰富的营养

15、成分（除K以外），pH微酸性，虽然质地偏重，但是林地一般排水条件好，所以这种岩石发育的土壤一般肥力较高，宜林性好。风化产物类型 （4）钙质岩石风化物）钙质岩石风化物 含CaCO3的岩石：石灰岩、大理岩、泥灰岩、白云质灰岩、钙质砂岩和页岩特 点：抗物理风化强，抗化学风化弱，形成薄层土壤。土壤肥力特性：风化过程主要是碳酸钙淋溶，残留下来的主要是粘土矿物（片岩砂岩花岗岩。注意：虽然母质从多方面影响封的性质，但以上的性质是在其他条件相同的情况下表现出来的差异。、气候（主要决定着成土过程中水热条件）（主要决定着成土过程中水热条件） 水热 ： 一方面影响母质风化过程速度及物 质的淋溶； 另一方面控制了植物

16、和微生物的生长决 定 了有机质的积累和分解。 气候对土壤性质的影响(1)对土壤矿物的风化及其组成的影响(2)对土壤有机质含量和腐殖质组成的影响(3)对土壤胶体性质的影响(4)强烈地影响土壤风化和淋溶度。 不同气候土壤的形成分析不同气候土壤的形成分析 南方湿热：风化强烈盐基淋失多南方湿热：风化强烈盐基淋失多土壤土壤pH? 原生矿物少，且粘土矿物以高岭原生矿物少，且粘土矿物以高岭石为主。石为主。 生物生长旺盛，微生物活动强烈生物生长旺盛，微生物活动强烈 。 有机质积累少有机质积累少H/F0.5 。 东北地区冷湿：风化不强，盐基淋失东北地区冷湿：风化不强，盐基淋失少（盐基饱和）、少（盐基饱和）、pH高高 。 有机质分解慢积累多但品质较差，有机质分解慢积累多但品质较差，C/N 高，高，