第5章 风化作用

地球科学学院白令安第5章风化作用Chapter5Weathering外动力地质作用由外部能量（太阳辐射、天体引力等）引发的地球表层（水圈、气圈、生物圈和岩石圈）的变化（成分、地貌等）。外动力地质作用削高填低本质外动力地质作用作用方式风化（Weathering）剥蚀（Erosion）搬运（Transportion）沉积（Sedimentation）SomethingaboutWeathering乐山大佛：唐代开元元年（713年），历时约九十年。SomethingaboutWeathering克雷帕特拉石柱为何在埃及耸立3500年完好如初，而到了纽约仅70年就面目全非？SomethingaboutWeathering同时代的墓碑为何会出现如此巨大的差异？5.1

风化作用概念及意义5.2

风化作用类型5.3

风化作用影响因素5.4

风化作用产物目录5.1

风化作用分概念及意义在大气、水及生物的影响下，地表或近地表的岩石或矿物的物理性质或化学成分在原地发生改变的地质作用过程。风化作用的意义没有任何岩石可以抵挡大自然的风化，没有风化就没有如此娇美的河山！1.研究古气候、古地理、古环境变化及古构造运动等。2.认识风化作用的特点和规律，保护名胜古迹。Yungang

Grottoes,Shanxi3.寻找风化矿床PingguoBauxite,Guangxi5.2

风化作用的类型物理（机械）风化作用化学风化作用生物风化作用5.2.1

物理风化作用（PhysicalWeathering）地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地产生机械破碎而不改变化学成分的过程。5.2.1

物理风化作用——温差风化昼夜温差变化使岩石胀缩差异而产生崩解破碎的现象。5.2.1

物理风化作用——冰劈风化成人对地面压强：1.5KPa，大气压：101KPa，子弹膛压：3591KPa水结冰体积增大（9%），产生约96000KPa的压强。什么地方冰劈作用最强烈？5.2.1

物理风化作用——释重风化地下深处的岩石承受巨大压力，当上升至地表时，由于上覆压力减小而产生张应力，形成一系列与地表平行的破裂面。5.2.1

物理风化作用——盐类结晶盐类结晶造成的干裂美国白天气温升高，盐类结晶，体积膨胀（明矾结晶体积增大5%，对两壁产生10kg/cm2）；夜晚气温降低，盐类潮解、下渗，同时溶解沿途的盐类，如此反复，导致岩石崩解。5.2.1

物理风化作用产物及特点大小不一、棱角分明、没有层次；原地或滚落至平缓区域；碎屑成分与下伏岩石一致。5.2.2

化学风化作用（ChemicalWeathering）溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸盐化作用、氧化作用Wanfenglin,Xingyi,Guizhou水解后的花岗岩Madagascar岩石在水、氧及二氧化碳等作用下化学成分变化，生成新矿物。5.2.2

化学风化作用——溶解作用Yangshuo,Guilin易溶组分流失，难溶组分残留原地。溶解度：石盐＞石膏＞方解石＞白云石＞橄榄石＞辉石＞角闪石＞长石＞石英5.2.2化学风化作用——水化作用CaSO4

＋2H2O=CaSO4·2H2O

硬石膏石膏矿物吸收一定数量的水，并加入到晶格中，转变为含水矿物。石膏体积增大60%，对周围岩石产生很大压力，加快了物理风化作用。5.2.2

化学风化作用——水解作用4K(AlSi3O8)+6H2O→Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH

钾长石

高岭石Al4(Si4O10)(OH)8+nH2O→Al2O3.nH2O+4SiO2+4H2O高岭石

水铝石（铝土矿）盐类矿物（强碱弱酸或强酸弱碱盐）遇水后，与

OH-、H+反应生成新的矿物（含OH-）。水解（风化）作用后的花岗岩马达加斯加5.2.2

化学风化作用——碳酸化作用CaCO3

＋CO2

＋H2O=Ca(HCO3)2石灰岩（溶于水）4KAlSi3O8＋2CO2＋4H2O=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋2K2CO3

正长石高岭石水溶液中的CO32-和HCO3-，遇碱金属或碱土金属，形成碳酸盐。桂林山水最主要的因素之一是CO2加入，桂林地区结石发病率较其它地区高，很重要的因素就是饮用水中钙质太高。5.2.2

化学风化作用——氧化作用2FeS2

+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4→Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3黄铁矿硫酸亚铁硫酸铁

褐铁矿（铁帽）4Fe3O4

+O2+18H2O→12Fe(OH)3

磁铁矿

褐铁矿5.2.2

化学风化作用的产物1.Ca、Na、K、Mg等可溶性离子随水流失；Fe、Al、Mn、Ni等难溶组分以氧化物形式残留原地，如高岭石、赤铁矿、褐铁矿等。2.原岩的结构、构造模糊不清、疏松。3.化学风化作用产物富集达到工业品位时，形成残积矿床，如铝土矿等。为什么海洋中富集Na、K、Mg？？？5.2.3

生物风化作用（BiologicalWeathering）生物生长和生命活动对岩石、矿物产生的破坏作用。5.2.3

生物风化作用——生物物理风化5.2.3

生物风化作用——生物化学风化生物在生命活动中，或腐烂，或分泌各种酸，或直接吸收矿物中的元素，造成岩石成分改变。5.2.3

生物风化作用的特点腐殖质和有机酸物理风化、化学风化同时三种风化的对比物理风化作用——机械碎屑物化学风化作用——黏土生物风化作用——土壤5.3

风化作用影响因素气候岩石性质地形5.3.1

风化作用影响因素——气候EgyptNewYork5.3.2

风化作用影响因素——地形高差：高山区物理风化，低山丘陵及平原区化学风化。朝向：朝阳面化学风化，背阳面物理风化。5.3.3

风化作用影响因素——岩石性质（成分）沉积岩：碎屑岩>化学岩、生物岩岩浆岩：酸性岩>基性岩变质岩：浅变质>深变质可以简单认为，越接近地表形成的岩石越稳定！5.3.3

风化作用影响因素——岩石性质（差异风化）Yangshuo,GuilinThePinnacles,WesternAustralia差异风化：由于成分等导致岩石的抗风化能力不同，抗风化能力强的突出地表，抗风化能力弱的形成凹坑。5.3.3

风化作用影响因素——岩石性质（构造）球状风化：厚层砂岩或岩浆岩，节理切割，被风化成球状或椭球状的现象。5.4风化作用的产物SaproliteCentralMadagascarAlabamaHills,California化学风化残积物：残余岩屑和新生矿物物理风化残积物：残余岩屑残积物5.4.1

风化作用的产物——土壤地表岩石矿物经物理化学和生物风化作用，形成富含腐殖质、矿物质的残积物。A层（表土层）：腐殖质层（色深）、淋溶层（色浅）B层（淀积层）：矿物质丰富C层（母质层）：未受淋溶或淀积的风