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1、《地質(zhì)地貌學》長安大學地質(zhì)工程系成玉祥chjkk2003@163.com第四章風化作用第一節(jié)風化作用的類型第二節(jié)影響風化作用強度的因素第三節(jié)主要礦物和巖石的風化第四節(jié)風化殼第一節(jié)風化作用的類型一、風化作用所謂風化作用,就是巖石在地表常溫常壓下,遭受大氣、水、水溶液及生物的破壞作用,使堅硬的巖石變成疏松堆積物的過程。巖石的風化作用按作用因素與作用性質(zhì)的不同,可分為物理風化、化學風化與生物風化三大類,事實上這三者常是聯(lián)合進行與相互助長的,劃分只是為了討論的方便。物理風化是指巖石在外力影響下,機械地分裂成碎屑,
2、只改變大小與外形,而不改變成分的過程。產(chǎn)生物理風化的原因以地球表面溫度的變化為主,所以物理風化大都屬于熱力學的風化。此外,巖石空隙中水的凍結與融化,巖石空隙中鹽的結晶脹裂,均會促使巖石破碎。(1)礦物巖石的差異性脹縮。(2)水的凍融作用。(3)礦物的水化與結晶膨脹作用。二、化學風化化學風化作用是指巖石在地表與水、氧氣、二氧化碳和生物分解的氣體及有機質(zhì)等長期接觸,在原地逐漸發(fā)生化學反應而分解,不但改變其物理狀態(tài),而且改變了化學成分的作用。(1)溶解作用。水是一種天然的溶劑,礦物镕于水的過程就是溶解作用。自然
3、界中易溶于水的礦物有鹵化物、硫酸鹽和碳酸鹽類礦物等。礦物溶解度的大小除決定于本身的性質(zhì)外,尚與溫度、壓力和水溶液的性質(zhì)等條件有關。當水中含有CO2時,可加速石灰?guī)r(方解石組成的巖石)的溶解過程。反應式如下:(2)水化作用。有些礦物與水作用時,能夠吸取水分作為自己的組成部分,形成新礦物,稱為水化作用。例如,硬石膏水化作用后形成石膏。(3)水解作用。水具有微弱的離解性質(zhì),即一部分水可離解成為含有活潑的H+和OH—離子的溶液。礦物溶于水后,也出現(xiàn)離解現(xiàn)象,這些離解物質(zhì)與水中的H+或OH—離子互相作用形成新的化合
4、物,這叫水解作用。(4)氧化作用??諝庵械难踉谟兴那闆r下,氧化力很強,巖漿中的鐵多為低價鐵,可被氧化為高價鐵,從而使結晶格架破壞,例如:三、生物風化生物及其生命活動對巖石、礦物產(chǎn)生的破壞作用稱為生物風化,實際上也表現(xiàn)為物理與化學兩種形式。生物的物理風化方面,如樹根在巖隙中長大,穴居動物的挖掘等,都引起巖石的崩解和破碎。第二節(jié)影響風化作用強度的因素一、巖石性質(zhì)(1)巖石的礦物成分。巖石的礦物成分單一的,受熱后差異膨脹較小,因而較能抵抗風化。面礦物成分復雜的巖石,因各礦物的抗風化強弱不一,部分礦物先行風化,
5、就會促使巖石崩解。巖石由于礦物成分不同,顏色也不同,通常深色的礦物吸熱多且快,比淺色礦物容易風化。(2)巖石的結構。礦物顆粒細小已呈等粒狀結構的巖石,比粗粒狀的和斑狀的巖石抵抗物理風化的能力較強,因為前者在溫度變化時產(chǎn)生不均勻的膨脹較少‘堅硬致密的巖石,抵抗風化的能力較強,而疏松多孔的巖石與水分、空氣接觸的面積大,容易進行化學風化。一般說,較堅硬的砂巖、板巖與石英巖等,它們的風化作用是以物理崩解為主,但崩解并不徹底,因此,在地表上常產(chǎn)生大量的碎石缺。(3)巖石的構造。巖石有層理或片理裂隙的易被水分空氣侵人
6、而引起風化,某些巖石常有節(jié)理或處于斷裂帶的,也常常風化比較劇烈。某些相當堅硬的巖石,由于有垂直節(jié)理,可以形成陡峻的崖壁,壁下則堆積著許多風化破碎物質(zhì),野外常見到地層交接的地方或沿著斷層線都會形成溝谷,就是這部分的巖石易受風化而被蝕去所致。二、巖石所處的環(huán)境條件(一)氣候不同氣候地帶的水分與溫度的條件不同特點如下:(1)極地氣候區(qū)。由于溫度低,所以因水的凍結融化而產(chǎn)生的物理風化作用強烈學風化微弱,風化產(chǎn)物中粘土很少。(2)沙漠干旱氣候區(qū)。物理風化為主,以溫度變化的作用占優(yōu)勢。(3)溫帶濕潤氣候區(qū)。溫和多雨,
7、植物生長茂盛,所以化學風化和生物風化占重要地位,水的凍結與溫度變化作用都較次要。(4)熱帶濕潤氣候區(qū)。溫度較高,雨量豐富,化學風化和生物風化特別強烈而迅速。(二)地形與植被坡地或陡崖地段,表面風化產(chǎn)生的巖屑不斷下墜,使新鮮巖石不斷向外暴露,風化的速率便比山麓快。如地表有植被掩蓋,則溫度變化小,物理風化較弱,但由于水分及生物作用的加強,對化學風化又有一定的促進。此外由于地形與植被不同所引起小范圍氣候的差異,對風化也有影響。例如山南與山北、崗地與洼地、林下與禿山等的風化都有明顯的差別。第三節(jié)主要礦物和巖石的風
8、化一、礦物(一)主要礦物對風化作用抵抗力的比較各類礦物在水中的溶解度不同,經(jīng)水的作用后,風化快慢有顯著差別化物類>硫酸鹽類>碳酸鹽類>磷酸鹽類>硅酸鹽類。在常見的硅酸鹽礦物中,風化難易的次序是橄攬石>輝石>角閃石>黑云母>滑石>蛇紋石>綠簾石>斜長石>正長石>白云母>石英。(二)重要礦物在風化過程中的表現(xiàn)(1)石英。由于硬度高,溶解度小,石英在常溫條件下進行水化或與其他物質(zhì)結合都很困難,所以不易風化,成為地面最穩(wěn)定的礦物。因此