第四章 风化作用

第四章风化作用风化是矿物和岩石的物理破碎崩解、化学分解和生物分解等复杂过程的综合。“风化”被广泛用于地球科学的许多分支学科，但“风化”一词并不能反映出这一复杂过程的全部。风化作用可以相对的划分出物理风化和化学风化。4.1物理风化由于温度作用或机械作用引起岩石发生崩解、破坏，但又不改变其化学成分的风化过程称为物理风化。引起物理风化的因素也是多种多样的。在一些情况下风化过程是由于岩石自身的原因和温度变化的作用，而没有外部机械营力的作用，称这种风化作用为温度风化。由于外部营力的机械作用使岩石发生崩解的过程称为机械风化。层状剥落温度风化的原因是由于昼夜温差和季节温差的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩而引起的。岩石通常是由多种矿物组成的，不同的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化过程中会导致岩石中矿物之间的结合力减弱，最终松弛崩解。即便是成分较为均一的岩石，由于存在着岩石的各向异性，甚至是晶格结构的差异，也可以造成热胀冷缩的差异，导致岩石的风化。温度风化在温差大的地区最为强烈，特别是昼夜温差大、空气干燥、缺少植被地地区，因此温度访华沙漠地区最为盛行。机械风化是外部营力作用使岩石发生机械破坏的结果。水在冻结过程中由于密度降低，体积增大，会产生巨大的破坏力。当水进入岩石的孔隙或裂隙中，如果产生冻结过程，其相应的膨胀力可以导致岩石发生解体，尤其是周期性的冻结作用，很容易把岩石破坏成较小的块体，这种风化作用称为冻结风化。冻结风化示意图岩石遭受冻结风化的现象

生物的机械风化作用植物的根系和掘地动物对岩石也会产生机械风化作用。随着树木的生长，其根系越来越大，同时对岩石的裂隙壁产生了极大的作用力，就像楔子一样将岩石沿裂隙劈开，造成机械风化。各种掘地动物，如啮齿类动物、蠕虫动物等，也会产生机械作用。黄山的迎客松就生长在岩石的裂缝中4.2化学风化整个岩石的风化过程始终伴随着或强或弱的化学风化作用，甚至在某些时候起到关键的作用，反映了风化作用过程中不同作用因素相互间的密切关系。物理风化作用使岩石破碎的同时增大了岩石受风化的面积，化学风化改变了岩石的化学成分，形成了适合新的物理－化学条件下的平衡，加速了物理风化的进行。化学风化作用有以下一些主要方式：4.2.1化学风化的方式及过程氧化作用是地球表面最为活跃的风化作用形式之一，氧化作用通常使一些具有多种化学性质的元素由低价氧化物转变为高价氧化物。如：FeS2+nO2+mH2OFeSO4Fe2(SO4)3Fe2O3•nH2O氧化作用溶解作用是化学风化过程的另一种常见的形式。含有CO2或者其他酸性气体的水，可以使岩石发生溶解。对于一些蒸发盐类，如石膏、岩盐等，水的溶解作用表现尤为明显。溶解作用水化作用是指水与原生矿物组合并形成新矿物的过程，如：CaSO4+2H2OCaSO4•2H2O无水石膏与石膏之间在一定条件下是可逆的。水化作用复杂的水解作用对于硅酸盐类和铝硅酸盐类岩石的风化具有特别重要的意义。这种作用过程包括分解矿物、带出某些元素、与氢氧离子组合、水化作用等，如长石通过中间形式形成高岭石的过程：K(AlSi3O8)(K,H3O)Al2(OH)2(AlSi4O10)Al4(OH)8(Si4O10)水解作用4.2.2影响化学风化作用的因素岩石的地球化学特征有机界的作用环境与气候岩石的地球化学特征是影响化学风化作用的主要因素。不同的岩石由于化学成分的不同，其化学活动性也明显不同（主要表现在原子价、离子半径、离子亲和力、化合能力和极化能力等方面），容易被氧化、溶解的岩石出露区，总是化学风化作用较为强烈的地段。同一岩石中由于不同矿物成分的差异，也会造成风化作用的差异。白云质灰岩中的刀砍状、太婆脸构造化学风化过程中有机界的作用是另一个重要的因素。在坚硬的岩石表面出现生物（微生物、苔藓等）起，化学风化的作用就开始了。由于生物吸收的成分与岩石的成分有较大的差异，造成了岩石的风化。同时，生物的新陈代谢过程所产生的氧气、有机酸等物质，加速了化学风化的进程。布满苔藓的雕像气候与环境同样是影响化学风化过程的重要因素。干燥炎热的气候使得氧化作用容易进行，潮湿的气候则使得溶解作用、水解作用易于发生。地形会影响气候条件，山地的垂直分带现象会影响温度风化作用和生物风化作用的进行。山的阴坡和阳坡因为日照的条件不一样，在阳坡一面通常温度风化作用较为强烈。地下水的性质特征、地球化学场、构造活动性等环境因素也都影响化学风化作用的进程。不同环境中化学风化的速度迥然不同4.2.3酸雨的形成及破坏作用酸雨是指pH值<5.6的降水酸雨是最严重的污染之一，世界上的许多地方都发生过酸雨事件。酸雨是工厂排放的酸性气体，造成空气污染，并经过复杂的大气物理化学过程，通过大气降雨的形式重新返回地面。酸雨中所含的酸性物质主要是硫酸和硝酸。煤炭燃烧排出的二氧化硫和石油燃烧排出的氮氧化物是酸雨形成的主要原因。大气降水的酸度过高，可能会使生态系统受到破坏，毁坏森林、干扰农作物的光合作用，甚至造成毁灭性的破坏。一九八二年六月十八日，重庆市下了一场酸雨，使郊区2万亩水稻叶片突然枯黄，几天后局部枯死。酸雨还能腐蚀金属结构、破坏建筑物、加速风化作用的进程

酸雨可使土壤、湖泊、河流酸化，导致水生生物的结构发生变化，破坏生态平衡。一些发达国家在发展中曾经造成湖泊的严重酸化，导致鱼类死亡。我国酸雨主要分布在长江以南、青藏高原以东地区，酸雨的破坏逐年加重，区域也在逐渐扩大，造成了严重的经济损失。据统计，酸雨造成的损失每年高达20亿元以上。4.3岩石性质对风化作用的影响4.3.1岩石的结构