第二章岩石风化与土壤形成

1、第二章 岩石风化与土壤形成内容提要 三种风化作用类型 影响风化作用因素 风化产物三种类型土壤形成的五大因素土壤形成实质第一节 风化作用（风化过程）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，所发生的一系列崩解和分解作用。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。一、风化作用的概念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，再渐变成细粒，其形状和大小改变了，但化学成分不发生变化

2、。 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1. 物理风化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。(1) 温度作用 引起岩石内外胀缩不一致，岩石是热不良导体。(2) 结冰作用（冰劈作用）(3) 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。风化作用寒裂风化风化作用2. 化学风化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。（1）溶解作用 水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机盐， 虽然占绝大部分的硅酸盐和铝硅酸盐

3、矿物溶解度很小， 但很大的地质年代中，水溶解的规模是相当大的， 况且地表的水常常溶有CO2、NO2以及有机酸等， 这样大大提高了水的溶解能力。风化作用（2）水化作用 指无水矿物与水结合成为含水矿物的作用。 CaSO42H2O CaSO4.2H2O2Fe2O33H2O 2Fe2O3.3H2O 赤铁矿 褐铁矿 风化作用（）水解和碳酸化作用水解2KAlSi3O83H2O H2 Al2Si2O8. H2O 4SiO22KOH 钾长石 高岭石碳酸化水解作用2KAlSi3O8CO22H2O H2 Al2Si2O8. H2O 4SiO2K2CO3 CO2溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍。 水解和

4、碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被氢离子取代。风化作用 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，平衡向左进行。(H2O+CO2)石笋石灰岩的风化风化作用自然界的许多石灰岩溶洞不断地进行着以上反应， 形成千姿百态的地形。如石笋、石钟乳、石柱、石林等，（）氧化作用 空气中的氧在有水的条件下，氧化能力很强。4FeS22H2O15O2 2Fe2（SO4）32H2SO4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

5、风化。风化作用小结:各种岩石在化学风化作用下，逐渐遭破坏， 一部分形成不溶物质（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（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋失或搬运到其他地方。 3. 生物风化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，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发生的风化，是物理和化学风化并存。风化作用微生物、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。根劈作用风化作用总之，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，不稳定性矿物， 一部分形成不溶物质（如各种粘土矿物、氧化铁等）残

6、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、 影响风化的因素1. 内因（岩石的性质）岩石本身的性质以及组成岩石的矿物纯度影响着风化的速度和强度。 组成岩石的矿物成分和性质岩石的结构岩石的构造岩石特征（1）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（结合矿物结晶顺序图）影响因素（）岩石的结构隐晶或等粒细粒的稳定性大于等

7、粒粗粒或斑状（物理风化）。 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、CO2等化学物质作用而发生化学风化。（）岩石的构造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、节理和裂隙的岩石，水分、空气容易侵入而引起风化。影响因素岩石的形成环境与所处环境差别越大越容易风化。岩浆岩、变质岩主要是在高温高压下形成的，在 地表极易风化；沉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；砂岩露头则常常保持良好。影响因素总 结2. 外因（岩石所处的环境条件） （1）气候 ：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

8、带炎热气候区（2）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。影响因素四 、风化产物的类型地表的风化产物构成一层薄薄的外壳-风化壳 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 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 （根据风化物化学成分特点分类 ）母质类型 （根据风化产物的成因分类）（1）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

9、岩石碎屑保水能力很低。生态类型1. 生态类型（2）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。生态类型（3）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，含有较丰富的营养成分（除K以外），pH

10、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。生态类型 （4）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土壤的性质，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。2. 气候（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

11、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。 不同气候下土壤的形成分析南方湿热 风化强烈 盐基淋失多 土壤pH低 原生矿物少，且粘土矿物以Ki值较低 的高岭石为主南方湿热 生物生长旺盛 微生物活动强烈 有机质积累少H/F0.5 东北地区冷湿 风化不强 盐基淋失少（盐基饱和） pH高 东北地区冷湿 有机质分解慢，积累多，但品质较差，C/N 高 H/F低 3. 生物：是形成土壤的主导因子生物对土壤性质的影响表现在：颜色、结构、层厚度、pH（针 叶草甸.草原）、养分腐殖质组成等。 4. 地形 (1)影响母质在地表进行再分

12、配 地形主要通过 (2)影响水分和热量分布（海拔. 坡度.坡向）土壤绝对年龄:母质从开始形成土壤直到现阶段发育时间的总和。 又称真实年龄。土壤相对年龄:反映土壤发育阶段的先后及时间。 5. 年龄地质年代地质年代是指地球历史的纪年和标定地球历史事件的时间顺序，亦即地球历史阶段，是地质科学中用来说明地壳中各种岩层形成时间和顺序的一种术语。地质年代的表示方法有两种：绝对地质年代：用放射性元素测得的地球实际年龄。相对地质年代：根据地层顺序中所保存的化石来进行划分的，用地层系统及代号来表示。第四纪（系Q）、第三纪（系R）、白垩纪（系K）、侏罗纪（系J）三叠纪（系T）、二叠纪（系P）、石炭纪（系C）、泥盆

13、纪（系D）志留纪（系S）、奥陶纪（系O）、寒武纪（系E）、震旦纪（系Z）地层系统及代号参考教材P40中的表1-6 地质年代表 除上述五种因素外，人类的生产活动也直接影响土壤的肥力性状，而且也会对自然土壤成土因素有所影响。长期以来，不少自然土壤为人类开垦利用，为了提高土壤生产力，人类积极地控制自然成土因素，使之向着对生产力有利的方向发展，但不合理的利用则使土壤肥力下降。花岗岩风化物剖面略图风化壳剖面构造风化强烈，腐殖质多矿物质分解较差，腐殖质较少半风化岩石层，岩石外貌尚可辨别，但已经开始风化未经作用的岩石 土壤形成过程就是建筑在地质大循环(营养元素的释放和淋溶过程)和生物小循环(营养元素被生物吸

14、收累积和释放过程)的基础上的。三、主要的成土过程(1) 有机和矿物质以固态、液态和气态的形式添加到土壤中(Addition)；(2) 有机和矿物质从一个发生层或一个土壤中损失(Loss)； (3) 有机和矿物质从土壤中的一个点转移到另外一个点(translocation)；(4) 有机质和矿物质在土壤中的转变(transformation)。所有土壤都按照不同的速率发育，成土过程也发育到不同的程度，任何土体的主要成土过程也导致其具有明显的特征。所有土壤的发生过程都包含以下几个方面： 1、原始成土过程从岩石露出地表着生微生物和低等植物开始到高等植物定居之前形成的土壤过程。“岩漆”阶段“地衣”阶段

15、“苔藓”阶段如绿藻、硅藻等。自养性微生物如细菌、真菌、地衣等。异养性微生物2、有机质积聚过程 在木本或草本植被下， 有机质在土体上部积累的过程。 这一过程在各种土壤中都存在。土壤剖面中粘粒形成和积累的过程， 可分为残积粘化和淀积粘化残积粘化是土内风化 作用形成的粘粒产物， 由于缺乏稳定的下降 水流，粘粒没有向深 土层移动，而就地积 累，形成一个明显粘 化或铁质化的土层淀积粘化是风化和成土作用形成 的粘粒，由上部土层向下悬迁 和淀积而成残积粘化过程多发生在温暖的半湿润和半干旱地区的土壤中淀积粘化则多发生在暖温带和北亚热带湿润地区的土壤3、粘化过程盐化过程是指地表水、地下水以及母质 中含有的盐分，

16、在强烈的蒸发作用下， 通过土壤水的垂直和水平移动，逐渐向 地表积聚，或是已脱离地下水或地表水 的影响，而表现为残余积盐特点的过程。 前者称为现代积盐作用，后者称为残余 积盐作用。盐化土壤中的盐分主要 是一些中性盐，如NaCl、 Na2CO3、MgCl2、MgSO4土壤中可溶性盐通过降水或 人为灌溉洗盐，这一过程 称为脱盐过程。4、盐化与脱盐过程碱化过程是交换性钠或交换性镁不断 进入土壤吸收复合体的过程，该过程 又称为钠质化过程。碱化过程的结果 可使土壤呈强碱性反应，土 壤物理性质极差，作物生长困难，但 含盐量一般不高。5、碱化与脱碱过程6、富铝化过程又称为脱硅过程、脱硅富铝化过程。 它是热带、

17、亚热带地区土壤物质由 于矿物的风化，形成弱碱性条件， 随着可溶性盐、碱金属和碱土金属 盐基及硅酸的大量流失，而造成铁 铝在土体内相对富集的过程。因此 它包括两方面的作用，即脱硅作用 和铁铝相对富集作用。潜育化过程是土壤长期渍水，有机质嫌气分解， 而铁锰强烈还原，形成灰蓝一灰绿色土体的过程。 潴育化过程实质上是一个氧化还原交替过程，指 土壤渍水带经常处于上下移动，土体中干湿交替 比较明显，促使土壤中氧化还原反复交替，结果 在土体内出现锈纹、锈斑、铁锰结核和红色胶膜 等物质。该过程又称为假潜育化(Pseudogleyzation)7、潜育化和潴育化过程四、土壤剖面及形态特征是地面向下直到土壤母质的垂直切面，一般在2m以内。土壤剖面构造反映了土壤的发育程度、土壤形成特点以及土壤的形成演化过程。 从上往下：O、A、B、C、RO(L F H）AABB1B2BCC枯落物层腐殖质层淀积层母质层1自然土壤剖面2耕作土壤剖面表土层心土层表土层底土层耕作层犁底层受耕作、施