土壤学第二章

第二章岩石风化与土壤形成风化作用（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。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。

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。风化作用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。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：

★冰劈作用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。

★风和流水的作用主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。★热力作用岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。★冰川作用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。

★卸荷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。2.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。风化作用（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。（2）水化作用指无水矿物与水结合成为含水矿物的作用。

CaSO4＋2H2OCaSO4.2H2O2Fe2O3＋3H2O2Fe2O3.nH2O

赤铁矿褐铁矿风化作用（３）水解和碳酸化作用水解2KAlSi3O8＋3H2OAl2Si2O5(OH)＋4SiO2＋2KOH

钾长石高岭石碳酸化水解作用2KAlSi3O8＋CO2＋2H2OAlSi2O5(OH)＋4SiO2＋K2CO3

CO2溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十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

＋H2CO3Ca(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。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（４）氧化作用空气中的氧在有水的条件下，氧化能力很强。2FeS2＋2H2O＋7O2FeSO4＋2H2SO4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。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:生物的机械破碎作用由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。B:生物的化学分解作用有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。▲▲上述3种风化类型之间相互影响，相互联系,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物成分和性质岩石的结构岩石的构造（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（２）岩石的结构隐晶或等粒细粒的稳定性大于等粒粗粒或斑状（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。（３）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。风化作用注：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、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。风化作用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。风化作用四、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。溶解性物质风化作用生态类型（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，分散的石英颗粒及岩石碎屑保水能力很低。风化产物类型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。风化产物类型（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（<10％），所以土层薄质地较粘，富钙少磷钾，pH呈中性至碱性，肥力水平一般较低。风化产物类型岩石与土壤肥力的关系土壤肥

水气热：受土壤中不同粗细颗粒的控制力性质

养分：(1)受母岩释放的养分多少控制

(2)受土壤细粒部分吸持养分能力的影响

(1)土壤颗粒的粗细取决于母岩中稳定性矿物和易分解矿物的比例

(2)土壤养分取决于母岩中含有的盐基离子即金属离子的数量。如K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Co、Mo等岩石是由矿物组成的，所以要充分分解矿物的性质（元素组成及稳定性）及其矿物的组合规律，及其不同地区的风化特点。2、地球化学类型

因元素化学活性不同，岩石风化随着时间的推移，元素依活性强弱依次从岩石中淋失，因此，不同风化阶段形成不同类型的风化物。（1）碎屑类型：岩石风化的最初期类型，以物理风化作用为主。特点：碎屑类型风化物的化学成分和矿物组成与原岩基本相同。

风化产物类型（2）钙化类型：大量溶解度较低的碳酸钙。因为岩石矿物经化学风化生成的易溶性钾、钠、钙、镁的氯化物和硫酸盐，受流水作用逐渐淋溶流失，而碳酸钙相对积累。分布：主要在干旱和半湿润地区风化产物类型（3）硅铝化类型

岩石中的矿物受长期风化，可溶性氯化物及硫酸盐遭到强烈淋失，甚至溶解度较小的碳酸钙也被淋溶，而铝、铁、硅等元素尚有残留。分布：温带或暖温带雨量适中的地区。风化产物类型（4）富铝化类型由于长期强烈的化学分解，原生和次生的硅酸盐矿物，均遭到很大破坏，不仅盐基成分全部淋失殆尽，而且硅酸也产生淋溶。特点：风化物中只残存着一些最难风化的石英、铁和铝的氧化物以及次生粘土矿物高岭石等。分布：热带的砖红壤或亚热带地区。风化产物类型3、母质类型（成因）

（1）定积母质：又称为残积物。（2）运积母质

坡积物：山坡的中、下部

A流水运积母质

洪积物：山谷出口

冲积物：河流B静水沉积母质（湖相静水沉积）C海水沉积母质

D风积母质

E重积母质又称塌积物

风化产物类型

黄土及黄土性物质

（3）第四纪沉积物红土冰碛物

特点：第四纪距今一百万年左右，第四纪沉积物是一种古风化物。风化产物类型

成土母质指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。可分为残积母质和运积母质。这种物质是形成土壤的基础，因此称为成土母质，简称母质。土壤母质的形成及主要成土母质（母质的形成:2.坡积物

坡积物是基岩风化物被雨水或融雪水在重力作用下，沿斜坡运行，堆积在山坡和山麓的一种运积母质。肥力较高。成土母质的类型:1.

残积物

原积物也称残积物。指基岩风化后残留于原地的物质。母质的性质受母岩影响较大，一般上层颗粒细，下层粗，逐渐过渡到母岩层。5.湖积物

湖积物指原湖泊底部的沉积物质，以后由于湖水位的下降或陆地上升而出露的一种母质。3.洪积物

是山洪夹杂泥沙和碎石沉积在山前谷口一带的一种运积母质。洪积母质往往形成扇形，称为洪积扇。洪积物的母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥力较高。4.冲积物

冲积物指被河水或山溪水搬运而沉积的物质。冲积物因流域广，成分复杂，养分也比较丰富。8.黄土及黄土状物质

黄土是由风搬运沉积的第四纪陆相粉砂质富含碳酸钙的土状沉积物。黄土形成的土壤肥力一般较高。6.浅海沉积物

浅海沉积物指河流携带泥沙，在海岸边沉积的物质。7.风积物

风积物是经风搬运而堆积的物质，如风成砂和黄土。形成的土壤肥力低。一般风积物多为砂丘、砂岗等。10.冰川沉积物和冰水沉积物

冰川沉积物由冰川搬运的粉砂、沙砾石和漂砾等混合的非层状沉积的物质。冰水沉积物指由冰川搬运，以后为冰川融水的水流所分选、沉积物质。在我国分布较广，但多不连续，呈小片分布。9.第四纪红色粘土

指第四纪温暖潮湿气候下形成的红色粘质残积物或运积物。质地粘重，呈红色、棕红色，养分含量少，酸至强酸反应。岩石的景观地貌（拓展内容）自然界中有不同岩石，不同地质作用下可形成奇百怪的地貌特征，从观赏角度这里择其中一部分供同学们学习。红砂岩地貌（丹霞地貌）风蚀地形地貌（雅丹地形）石灰岩地貌“喀斯特”地貌花岗岩风化地貌瀑布景观丹霞地貌丹霞地形一般是具有垂直解理特性的红色岩层，经过长期的水烛、风蚀、风化和重力等强烈的外力作用，形成堡垒状的山岭和千姿百态的峰林、怪石、石桥、石洞等地形，因我国地质工作者冯景兰先生于1928年在粤北仁化县城西南约9公里处的丹霞山地区，最早对这种独特的典型地貌进行了调查、研究，故将这种在红色岩系基础上发育而成的地貌称为丹霞地形。丹霞山的山岩“色渥如丹，烂若明霞”颇似河南南阳的丹霞山。丹霞地形以粤北的丹霞山最典型，此外在我国的江西、福建、湖南和河北的承德等地也都有丹霞地形分布。中国广东丹霞山、金鸡岭、南雄的苍石寨、平远的南台石和五指石，江西鹰溪、弋阳、上饶、瑞金、宁都，福建武夷山、连城、泰宁、永安，浙江永康、新昌，广西桂平的白石山、容县的都峤山，四川江油的窦□山、灌县的青城山，陕西凤县的赤龙山，以及承德等地，都有典型的丹霞地貌。

丹霞地貌区常是奇峰林立、景色瑰丽，旅游资源丰富，如丹霞山、金鸡岭、武夷山等早已成为著名风景区，而且，沿垂直节理崩塌的陡崖使巨厚的红色砂、砾岩层暴露无遗，对研究、恢复红色盆地的古地理环境具有重要意义。中国最美的丹霞地貌

浙江江郎山安徽齐云山福建武夷山福建大金湖福建冠豸山江西龙虎山福建桃源洞甘肃张掖湖南莨山青海坎布拉湖南万佛山广东丹霞山广西白石山四川剑门山重庆四面山贵州赤水云南老君山甘肃崆峒山

丹霞地貌景观特点：丹霞地貌主要表现在既“秀”又“险”，孤峰林立，迂回曲折。例描写武夷山有“三三秀水清如玉，六六奇峰翠插天”称她为“碧水丹山”“奇秀东南”。但丹霞地貌也常形成绝壁，因而十分险。例庐山有众多陡峭奇险的地方。江郎山则更称为一绝。丹霞地貌（广东）2、花岗岩风化地貌花岗岩是岩浆侵入地壳深处冷却而形成的岩浆岩。在漫长的地质处年代中，当花岗岩出露地表后，它就开始风化向形成独特的地貌景观。花岗岩的特点是垂直三向节理发育，因而常形成非常陡险的地貌。花岗岩的格状节理

花岗岩垂直节理

华山

花岗岩地貌有两种

一种是气势宏伟的山地景观（奇峰、奇石）：例我国的黄山最为典型。黄山千米以上高峰72座，最高莲花峰海拔1873米，群峰陡峭，劈地摩天，奇险无比，变化莫测。类似的还有“华山”。黄山花岗岩石蛋地形另外一种花岗岩地貌是：奇石、怪石。由于花岗三向节理常使花岗岩形成球状，似球状等奇石。例黄山的各种巧石，如人似物，变化无穷。还有鼓浪屿“日光岩”，海南天涯海角的“石蛋”等。天涯海角玄武岩地貌柱状节理长白山岩石绳3、“喀斯特”地貌从克罗地亚的亚德里亚海海岸向东北进入狄纳拉(狄那里克阿尔卑斯)山区，是海拔1500～2000米主要由石灰岩构成的高原。在高原的西部有个叫喀斯特的地区，这里可以看到世界上最典型的石灰岩地形，如石芽、落水洞、干谷、溶洞和石灰岩溶洞等。最大的一条溶洞叫做波斯托依那溶洞，长16424米，深入地下达200米，因此，在国际上把石灰岩地形叫做喀斯特地貌，在我国也叫岩溶地貌。岩溶地貌在我国分布很广，尤其以广西、云南、贵州最典型。石灰岩地貌

“喀斯特”地貌

(１)石芽与溶洞：流水沿石灰岩表面或裂隙进行溶蚀形成许多细小的沟槽，称为溶沟。溶沟间突起的脊称为石芽（千岛湖羡山岛）。(２)漏斗与落水洞：地表水沿着石灰岩中垂直的裂隙向下渗透，从而溶蚀而形成漏斗状。如果漏斗下部有岩洞就可称为落水洞（杭州灵隐寺的一线天）。(３)溶洞与地下河：溶洞是岩溶地区广泛的水平洞穴，由于地壳上升或地下水位的迁移，溶洞有成层分布的特征（瑞晶洞）。溶洞中地下水汇集畅流形成地下河（我省瑶琳仙境、富阳灵山幻境、昌化瑞晶洞、金华双龙洞）。(４)峰林：漏斗和落水洞不断扩大，使石灰岩被切割成高度相似、分离散立的孤峰。这些孤峰平地拨起，形似丛立的树林，故称为峰林。我国广西、云南、贵州等地多见。尤其是广西桂林一带的离江两岸，峰林立在江边，群峰倒映在水中，真是一幅山清水秀、奇峰林立的画景。路南石林广西峰林石林鸟瞰石林鸟瞰(５)石钟乳、石笋、石柱在溶洞中地下水从洞顶下滴，原来溶解于水中的碳酸钙沉积下来，形成悬挂于洞顶的圆锥称为石钟乳，在洞底相应位置上能形成向上生长的圆锥称为石笋，石钟乳与石笋相连就称为石柱了。(６)石花：是纯CaCO3的沉积（瑞晶洞）石钟乳1英德通天岩石钟黄龙五彩池2黄龙五彩池风蚀蘑菇3风蚀蘑沙漠风城３雅丹地形：泛指干燥地区一种风蚀地貌，河湖相土状沉积物所形成的地面，经风化作用、间歇性流水冲刷和风蚀作用，形成与盛行风向平行、相间排列的风蚀土墩和风蚀凹地（沟槽）地貌组合。这种地质现象在新疆罗布泊东北发育很典型。雅丹3雅丹敦煌－罗布泊

五大成土因素

生物作用

母质

土壤

气候.地形.时间

实质：接受能量及物质

母质

土壤

放出能量及物质

五大成土因素作用下进行物质能量的转换第2节土壤形成地质大循环：

矿质元素淋失风化搬运岩石母质进入海洋固沉化积作作用用沉积于海底一、土壤形成过程中的大小循环学说

地质大循环是一个开放性系统，作用时间长，是大范围的物质循环运动。生物小循环

生物吸收

矿质元素生物残体（母质）矿化生物小循环是矿质元素的富集及有机质积累过程，它是在地质大循环基础上发展起来的其作用有：1)使母质中有限的矿质元素发挥无穷的营养作2)通过生物小循环，可使母质中分散的元素富集起来，通过选择吸收，使养分元素更适宜生物生长，并同时积累土壤有机质。土壤形成的实质就是地质大循环和生物小循环的矛盾和统一。生物小循环是构成地质大循环中地表物质运动过程的一个部分。地质大循环使营养元素不断向下淋失，而生物