8第八章1風(fēng)化作用地球化學(xué)

1、第八章 風(fēng)化作用地球化學(xué)風(fēng)化作用地球化學(xué)一、風(fēng)化作用條件的特點(diǎn)和研究意義（一）特點(diǎn) 低而速變的溫度（-75 - +85oc） 低壓（常壓） 處于大氣圈游離氧和二氧化碳作用下 水的作用 生物和有機(jī)質(zhì)的參與 營(yíng)力：太陽(yáng)能為主風(fēng)化作用地球化學(xué)（二）研究意義1.風(fēng)化殼型礦床的形成 fe al mn tr, nb, ta, u風(fēng)化作用地球化學(xué)2.尋找盲礦的標(biāo)志 風(fēng)化作用產(chǎn)物掩蓋了礦床，但同時(shí)在礦床的土壤及其蓋層存在著次生地球化學(xué)異常。風(fēng)化作用地球化學(xué)3.土壤成分與農(nóng)業(yè)的關(guān)系 煙臺(tái)的蘋果黑云片麻巖優(yōu)于碳酸巖類巖石形成的土壤 溫州蜜桔長(zhǎng)石砂巖和花崗巖優(yōu)于頁(yè)巖和砂頁(yè)巖形成的土壤 貴州茶葉砂巖分布區(qū)優(yōu)于碳酸巖區(qū)

2、風(fēng)化作用地球化學(xué)二、風(fēng)化過程中元素遷移的一般規(guī)律（一）影響風(fēng)化作用的因素 物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化決定于氣候環(huán)境(溫度和水量)風(fēng)化作用地球化學(xué)1.水、氧及co2(1) 水的作用 溶劑 參與對(duì)巖石的破壞作用（水合和水解）fe2o3 + nh2o = fe2o3nh2o(水赤鐵礦)2kalsi3o8 + 2h2o + co2 = h2al2si2o8 h2o(高嶺石) + k2co3 + 4sio2風(fēng)化作用地球化學(xué)2kalsi3o8 + 3h2o = 2koh + h2al2si2o8 h2o(高嶺石) + 4sio2風(fēng)化作用地球化學(xué) 調(diào)節(jié)環(huán)境的ph和eh通過與水的反應(yīng)調(diào)節(jié)ph2kalsi3o

3、8+11h2oal2si2o5(oh) 4 +2k+ 2oh- + 4h4sio4co2 + h2o 2h + + co3-風(fēng)化作用地球化學(xué)通過水的氧化還原限制eh：2h+ +2e = h2(水中h+ 被還原）2h2o =o2 + 4h+ +4e（水中氧被氧化）風(fēng)化作用地球化學(xué)（2）氧的作用 大氣中的游離氧 21%（體積）po2 = 0.21大氣壓 溶解于水中的氧，隨溫度降低含量增加 作用：低價(jià)離子=高價(jià)離子風(fēng)化作用地球化學(xué)某些氣體在不同溫度下的溶解度氣體0 oc20 oc60 oc100 och20.02148 0.01819 0.01600.0160o20.04889 0.03103 0.

4、01950.0172co21.7130.8780.359-nh31176702-風(fēng)化作用地球化學(xué)（3）co2的作用 大氣中co2：0.03%（體積） 雨水中co2：2.14% （體積）作用： 控制ph值3co2 +3h2o = h2co3 + 3h+ + co32- + hco3- 使碳酸巖溶解caco3 + h2co3 = ca(hco3)2風(fēng)化作用地球化學(xué)2.ph值表生帶天然溶液的ph值為：4-9 硫化物礦床氧化帶：2-3 火山地區(qū)強(qiáng)酸性水：1-2 沙漠和堿性湖水：10-12 河水： 7 雨水： 6 海水： 8.5風(fēng)化作用地球化學(xué) ph值對(duì)元素遷移的控制一般規(guī)律： 低場(chǎng)強(qiáng)元素在ph降低時(shí)，

5、溶解度增大（酸性條件下易遷移）。 高場(chǎng)強(qiáng)元素在ph增高時(shí)，溶解度增大（堿性條件下易遷移）。風(fēng)化作用地球化學(xué)3.eh值 改變?cè)氐倪w移性質(zhì)，如fe2+, fe3+風(fēng)化作用地球化學(xué)4.礦物和巖石的耐風(fēng)化能力氧化物（鋯石，金紅石，剛玉，尖晶石，錫石，鈦鐵礦，磁鐵礦等）硅酸鹽（橄欖石，輝石，長(zhǎng)石，云母）碳酸巖（石灰?guī)r等）硫化物（黃鐵礦等） 一般規(guī)律：形成條件與表生條件差別大者易風(fēng)化。風(fēng)化作用地球化學(xué)5.氣候條件雨量：決定水與礦物和巖石的接觸溫度：控制反應(yīng)速率風(fēng)化作用地球化學(xué)巖石在溫帶和熱帶化學(xué)風(fēng)化的變化對(duì)比英格蘭閃長(zhǎng)巖（溫帶） 印度閃長(zhǎng)巖（熱帶）新鮮巖石上覆黏土新鮮巖石上覆黏土sio249.347.3

6、50.40.7al2o317.418.522.250.5fe2o32.714.69.923.4feo8.3-3.6-mgo4.75.21.5-cao8.71.58.4-na2o4.00.30.9-k2o1.82.51.8-h2o2.97.20.925.0風(fēng)化作用地球化學(xué)6.地形和排水條件山區(qū)：平原：流水緩慢，存在水的永久飽和帶風(fēng)化作用地球化學(xué)（二）風(fēng)化過程的化學(xué)反應(yīng)類型1.水解2kalsi3o8 + 3h2o = 2koh + h2al2si2o8 h2o(高嶺石) + 4sio2風(fēng)化作用地球化學(xué)2.氧化反應(yīng)(放熱反應(yīng)) 4fesio3 + o2 = 2fe2o3 +4sio2 +2144kj

7、 pbs + 2o2 = pbso4(鉛礬) zns + 2o2 +7h2o = pbso4 7h2o(皓礬)風(fēng)化作用地球化學(xué)3.水合反應(yīng) fe2o3 + nh2o = fe2o3 nh2o赤鐵礦 水赤鐵礦 mn2o3 + h2o = mn2o3 h2o褐錳礦 水錳礦 caso4 + 2h2o = caso42h2o硬石膏 石膏風(fēng)化作用地球化學(xué)4.碳酸鹽化 co32-和hco3-2caal2si2o8 + 4h2o + 2co2 =al4si4o10(oh)8 + 2caco3風(fēng)化作用地球化學(xué)5.陽(yáng)離子交換反應(yīng) 粘土-2na+ + caso4 na2so4 +粘土-ca2+風(fēng)化作用地球化學(xué)某些

8、粘土和土壤的離子交換能力(mol/100kg)礦物及土壤離子交換能力礦物及土壤離子交換能力高嶺石3-15土壤的有機(jī)部分 150-500埃洛石5-50灰化土(美國(guó))2-25蒙脫石80-150黑鈣土（蘇聯(lián)） 30-60伊利石10-40黑色印度土50-80綠泥石10-40潛育土(贊比亞)2-10蛭石100-150風(fēng)化作用地球化學(xué)（三）元素的生物地球化學(xué)遷移1.對(duì)大氣中o2和co2的控制2.有機(jī)酸對(duì)礦物和巖石的風(fēng)化影響3.植物對(duì)元素的選擇性攝取風(fēng)化作用地球化學(xué)（四）風(fēng)化過程中元素遷移的一般規(guī)律 水遷移系數(shù)： kx = mx 100/(a nx) 式中mx ：河水中元素x的含量（毫克/升） nx ：元素

9、x在匯水區(qū)巖石中的平均含量（%） a含于水中的礦物質(zhì)殘?jiān)偭浚ê量?升）風(fēng)化作用地球化學(xué)某些元素水遷移系數(shù)計(jì)算實(shí)例測(cè)量單位sicazncufemx毫克/升1050510-2310-31nx%29.52.968.310-34.710-34.65kx0.073.31.20.120.04計(jì)算中 a 為 500 毫克/升，巖石中元素含量為克拉克值風(fēng)化作用地球化學(xué)元素的表生遷移性質(zhì)很活動(dòng) kx=n10-100陰離子 s cl b br活動(dòng) kx=nca na mg sr raf弱活動(dòng) kx= 0.nk ba rb li be cs tl陰離子形式 si p sn ge sb氧化環(huán)境活動(dòng)和弱活動(dòng)在氧化環(huán)境的酸性和酸性堿性都強(qiáng)烈遷移(kx= n-0.n )弱酸性水中強(qiáng)烈遷移（呈陰離子）強(qiáng)還原中惰性中性和堿性活動(dòng)性低v u mo se rekx 0.1zn ni cu pb cd hg ag風(fēng)化作用地球化學(xué)在還原環(huán)境中活動(dòng)或弱活動(dòng)kx