地球科学课件：风化作用

风化作用

（weathering）Phototakeninanabove-groundcemeteryinNewOrleans

一、概述风化作用：

地表或近地表岩石和矿物，受温度变化、大气、水和生物作用，发生机械破碎或化学分解、在原地产生碎屑、形成新矿物的作用，称为风化作用。被风化的石碑：乾陵武则天的无字碑华山石刻物理风化为主的风成地貌新疆按风化作用的性质和类型分：1.

物理（机械）风化作用

地表岩石发生机械破碎而不改变其化学作用，也不形成新矿物的作用。产物：岩石碎屑、矿物碎屑按方式（机理）分：二、风化作用的类型（1）矿物岩石的热胀冷缩温差导致表层与内部之间的引张力，产生裂缝；各种矿物的膨胀系数不同；反复增温，质点热运动削弱质点间的联系；结果:层层剥落。（2）冰劈作用

空隙中的水结冰膨胀撑裂岩石。条件:有水，有裂隙，反复冻融。冰劈作用冰劈作用（3）卸载作用上覆岩石剥去，下伏岩石膨胀产生层裂。Exercise1Thebreakdownorchemicalalterationofrocksandmineralsatornearthesurfaceisknownasa.weathering.b.erosion.c.transport.d.deposition.Exercise2Frostactionbreaksrocksapartbecausewhenwaterfreezesintoiceita.expands.b.contracts.c.staysthesamesize.d.becomesmoreslippery.Exercise3Examplesofmechanicalweatheringincludeallofthefollowingexcepta.frostaction.b.hydrolysis.c.exfoliationd.pressurerelease2.化学风化作用

地表岩石在H2O、O2、CO2的作用下发生化学变化，并产生新矿物的作用。产物：

新矿物（黏土矿物、褐铁矿等）矿物碎屑（残留）离子胶体水气体等（1）溶解作用

含有O2、CO2等物质的水溶解矿物的作用。

矿物的溶解度从大到小:石盐，石膏，方解石，橄榄石，辉石，角闪石、滑石，钾长石，黑云母，白云母，石英。

产物：离子（带走），胶体（异地沉积），难溶物质。易溶于水的矿物：卤化物和硫酸盐矿物:NaCl（石盐）碳酸盐矿物：方解石（CaCO3）难溶于水的矿物：如石英、长石、云母等。盐湖沉积，摄于青海（2）水化作用

矿物吸收水加入到矿物晶格中，形成含水的矿物。如:

CaSO4+2H2OCaSO4·2H2O (硬石膏)(石膏)（3）水解作用

矿物遇水离解成离子，形成含OH-的新矿物。例如:4K(AlSi3O8)+6H2OAl4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH

(钾长石)(高岭石)（三水铝石）（4）碳酸化作用当CO3溶解于水中时，形成CO32-和HCO31-离子，它们与矿物中的阳离子（K+、Na+、Ca2+）结合，形成易溶于水的碳酸盐或碳酸氢盐的过程。例如:

4K(AlSi3O8)+4H2O+2CO2

Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+2KCO3

钾长石高岭石三水铝石碳酸盐

CaCO3+H2O+CO2

Ca(HCO3)碳酸钙重碳酸氢钙（5）氧化作用

矿物中的元素与氧结合:

如:2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4 (黄铁矿)(硫酸亚铁)

Fe(SO4)3(硫酸铁)+4Fe(OH)3(褐铁矿)

矿物中的变价元素从低价变成高价:

如:4Fe3O4+O2+18H2O12Fe(OH)3

(磁铁矿)

(褐铁矿)

褐铁矿磁铁矿Fe3O4

FeO(OH)nFe2O3.nH2O氧化Exercise4Chemicalweatheringisthea.destructiveprocessesthatchangethephysicalcharacterofrockatorneartheEarth'ssurfaceb.processthatbreaksrockintosmallerpieceswithlittleornochemicalchangec.pickinguporphysicalremovalofrockparticles.d.decompositionofrockfromexposuretowater,lifeformsandatmosphericgases,formingnewchemicalcompoundsandnewminerals.Exercise5Weatheringthatinvolvesareactionofanelementorcompoundwithoxygenistermeda.hydrolysis.b.solutionc.clayformation.d.oxidationExercise6Water+carbondioxidebecomes______,whichbecomes______+bicarbonateion.a.calcite;calciumionb.carbonicacid;hydrogenionc.hydrochloricacid;hydrogeniond.carbonate;carbonionExercise7Feldsparisthemostabundantmineralinigneousrocks.Whenhydrogenfromwaterentersitsstructureitaltersto______,whichisphysically______.a.quartz,strongerthanfeldsparb.clay,strongerthanfeldsparc.quartz,weakerthanfeldspard.clay,weakerthanfeldsparExercise8Whatrockismostlikelytoexperiencesolutionweatheringa.limestoneandotherrocksmadeofcalciteb.shaleandotherrocksmadeofclaysc.quartziteandotherrocksmadeofquartzd.equallylikelytobeanyoftheabove3.生物风化作用

生物活动及产物对岩石所起的机械的、化学的破坏作用。（1）根劈作用（2）新陈代谢作用产物的破坏（3）腐烂分解产物的破坏根劈作用三种风化作用的关系:在方式上相互独立，

在效果上互相促进。三、控制岩石风化特征与速度的因素1.气候气候通过气温、降雨量、生物繁殖状况而表现。气候的分带性：由纬度、地势、距离海洋远近等控制。2.地形条件包括地形的高度、起伏程度及坡向，具体影响到气候、风化产物的保存、日照、植被等条件。3.岩石的特征

（1）岩石成分 岩石的抗风化能力的强弱与所含的矿物成分和数量有密切关系： －火成岩中结晶越早的矿物越不稳定； －沉积岩则与岩石强度有关系； －变质岩与矿物成分变化有关。 矿物的抗风化能力氧化物和氢氧化物强硅酸盐碳酸盐硫化物卤化物和硫酸盐弱常见矿物的抗风化能力石英强白云母长石黑云母角闪石辉石橄榄石弱（2）岩石的结构、构造

矿物或颗粒的粗细、分选程度、胶结、成层性等。（3）节理的发育状况

各种风化因素的关系：岩石特征是内因，环境是风化的外因。四、特殊的风化球状风化（spheroidalweathering）差异风化（differentialweathering）1.球状风化（spheroidalweathering）球状风化2.差异性风化(Differentialweathering)Exercise11Astatuemadeofrockwillundergothemostextremechemicalweatheringina.aregionwithacold,dryclimatesuchasAntarticab.aregionwithahot,dryclimatesuchastheArizonadesert.c.aregionwithacold,wetclimatesuchassouthernAlaska.d.aregionwithahot,wetclimatesuchasthetropics.Exercise12Processesthatcontributetomakingrainwateracidicincludeallofthefollowingexcepta.volcanism.b.burningfossilfuels.c.burningcoal.d.batteryaciddumpingExercise13Chemicalweatheringshouldbemostintenseon:Venus.Mars.Phobos,atinymoonofMars.Moon.五、风化作用的产物1.风化产物的类型（1）碎屑物质：岩屑，矿物碎屑等残留原地；（2）溶解物质：离子、胶体，大部分随水搬运走；（3）难溶物质：Fe，Al等形成黏土、褐铁矿、铝土矿等新生矿物残留原地。2.残积物

岩石风化后在原地残留的物质。 特征：结构松散，岩屑大小不均，棱角分明，无层理，与基岩呈过渡状态。其中的有用重矿物富集时成残积砂矿。残积物与残积地貌风化矿产资源

风化作用能产生具有经济价值的矿床，例如，高岭土矿、铝土矿、山西式铁矿等等。澳宝（opal）就是一种产于澳大利亚的名贵宝石，其矿物成分为蛋白石，经长期风化作用而形成。有些原生矿产，经过风化作用之后，可以得到进一步富集，而且易于开采和提炼，经济价值提高，成本降低，金矿就有这种情况。广西北海的高岭土矿蛋白石（澳宝）Opal3.风化壳

覆盖在基岩之上的风化产物的不连续的薄壳。包括残积物及其上覆的土壤。

风化壳的分层：

1.土壤

2.残积层

3.半风化岩石

4.基岩风化速度风化壳厚度化学风化物理风化物理风化为主化学风化为主物理风化与化学风化作用与风化壳厚度的关系1.古气候的研究2.年龄的确定3.风化程度的划分与工程建设4.风化矿产资源例如，粘土矿、铁矿、铝土矿、砂金矿、金刚石矿，等等。六、风化作用研究的意义第五节土壤（soil）一、土壤概述

通过生物风化作用形成的含有腐殖质、矿物质、水、空气的松散细粒物质。二、土壤分层土壤的基本层次：表土层（腐殖质层和淋溶层）A层O+A+E，淀积层（B层），母质层（C层），基岩层（D层）。土壤分层

腐殖层（或有机质层）（Ohorizon,orhumushorzon）（O代表有机质，organic）。土壤顶部，颜色较深，富含有机质和腐殖质（humus），在有机酸作用下，矿物分解破坏。表土层（Ahorizon）（topsoil）。土壤上部，颜色较浅，生物活动强烈，常是蚯蚓、蠕虫、线虫、节肢动物、真菌类、细菌和厌氧菌生长的地方。淋溶层（Ehorizon）（eluviationhorizonorleachinghorizon）土壤层中上部，被分解的矿物、细小矿物和有机质被淋溶而向下移动，残留石英砂等抗风化最强的矿物。有机质含量减少。淀积层（Bhorizon）(illuviationhorizon)。土壤中下部，上部淋滤下来的物质在此沉淀（illuviation），富含黏土和CaCO3，Fe2O3，Al2O3，SiO2等物质，常有钙结核。母质层（Chorizon）（parentmaterialhorizon）。土壤层下部，受生物风化改造较弱，可以是残积物，也可以是其他成因的松散堆积。基岩层（Rhorizon）（R代表基岩，rock）。为未风化的基岩。上述分层仅对发育成熟完整的土壤而言，如果发育程度低，B层通常不发育，而且土壤层厚度小。值得注意的是，不同学者对土壤的分层、命名有所不同，经常把上述的O、E层归入A层。表土层O+A+E淀积层B母质层C基岩D表土层A腐殖层O淋溶层E表土层淀积层母质层基岩层？表土层O+A+E淀积层B母质层C土壤母质为基岩土壤母质为沉积物AB澳门黑沙滩土壤母质为砂质沉积物中国西北的黄土剖面Exercise15Thesoilhorizonthatischaracterizedbyintensebiologicalactivityofbothplantsandmicro-organismsisa.HorizonO:organicmatter.b.HorizonA:topsoil.c.HorizonB:thezoneofaccumulation.d.HorizonC:alayerrichinparentmaterial.第六节斜坡地貌第六节斜坡地貌一、斜坡地貌类型1.崩塌（fall）——斜坡上的岩屑或块体在重力作用下，快速向坡下移动。2.滑坡（slump）——斜坡上的大块岩（土）体，由于地表水和地下水的影响，在重力作用下，沿着滑动面整体下滑。3.土层蠕动（creep）4.泥流（mudflow）崩塌形成的堆积物称为崩积物倒石堆（或岩屑堆、倒石锥）（taluscone）崩积物多松散、杂乱、大小混杂、无层理，岩块上有碰砸留下的刻痕，岩性和斜坡岩石基本一致。堆体坡度30°左右，与天然安息角（休止角）（angleofrepose）一致2008年摄于漩口镇漩口电站摄于2008年崩塌映秀镇2008地震引起的崩塌映秀镇2008地震引起的崩塌映秀镇2008地震引起的崩塌宜万铁路塌方（2007-11-20上午8:40）地震灾民的迁移震后的北川中学滑坡的构成：滑体滑床滑动面滑体滑床滑动面滑坡1.滑坡壁，2.滑坡湖，3.第一滑坡台阶，4.第二滑坡台阶，5.醉汉林，6.滑坡舌，7.滑坡鼓丘和张裂隙，8.羽状裂隙，9.滑动面，10.滑坡体，11.滑坡泉（1）滑坡体（滑体）（2）滑动面（滑面）（3）剪出口（4）滑坡床（滑床）（5）滑坡后壁（6）滑坡洼地（7）滑坡台地（8）滑坡台坎（9）滑坡前部（10）滑坡顶点（11）滑垫面（12）滑坡侧壁滑坡顶点滑坡前部滑坡床滑体滑坡前部滑坡舌滑坡体滑坡体滑坡前部Inaddition,thehistoryofsubmarinelandslidegenerationrelatedtoearthquakegroundmotioniscriticaltodeterminethepotentialforthegenerationoftsunamisthatcoulddevastatethecoastalarea地震引起的海底滑坡SubmarineLandslideTheMarsGlobalSurveyor(MGS)MarsOrbiterCamera(MOC)continuesin2003toreturnexcellent,highresolutionimagesoftheredplanet'ssurface.Thisnearly1.5meters(5ft.)perpixelviewofalandslideona200meter-high(219yards-high)slopeinKaseiValleswasspecificallytargetedforscientificinvestigationbyrotatingtheMGSspacecraftabout7.8°off-nadirinJanuary2003.Thescarleftbythelandsliderevealslayersinthebedrockatthetoptheslopeandshowsaplethoraofdark-toned,house-sizedbouldersthatrolleddowntheslopeandcollectedatthebaseofthelandslidescar.Afewmeteorimpactcratershaveformedonthelandslidedepositandwithinthescar,indicatingthatthislandslideoccurredaverylongtimeago.Sunlightilluminatesthisscenefromtheleft/lowerleft;thelandslideislocatednear28.3°N,71.9°W.火星上的滑坡体典型的滑坡防治滑坡的监测滑坡的发展阶段滑坡要经历三个阶段蠕动变形剧烈滑动稳定压实实例：长江三峡地区新滩滑坡1985年6月12日凌晨3:30；3000万