第三章風(fēng)化作用

1、第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用基本概念基本概念風(fēng)化殼風(fēng)化殼風(fēng)化反應(yīng)風(fēng)化反應(yīng)風(fēng)化帶風(fēng)化帶 中礦物的穩(wěn)定性中礦物的穩(wěn)定性一、基本概念一、基本概念基巖（bedrock）：組成地殼的固結(jié)而堅硬的巖石（包括火組成地殼的固結(jié)而堅硬的巖石（包括火成巖、變質(zhì)巖和先成的沉積巖），它們形成于地面以下較高成巖、變質(zhì)巖和先成的沉積巖），它們形成于地面以下較高的溫度和壓力下。由于地殼運動使這些基巖進入地表環(huán)境，的溫度和壓力下。由于地殼運動使這些基巖進入地表環(huán)境，即處于常溫、常壓并與大氣圈、水圈和生物圈接觸的環(huán)境時，即處于常溫、常壓并與大氣圈、水圈和生物圈接觸的環(huán)境時，將會變得不穩(wěn)定，而遭受風(fēng)化作用，轉(zhuǎn)變成碎屑物質(zhì)、溶解

2、將會變得不穩(wěn)定，而遭受風(fēng)化作用，轉(zhuǎn)變成碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)和不溶殘余物質(zhì)。風(fēng)化前的基巖是沉積巖的主要物質(zhì)來物質(zhì)和不溶殘余物質(zhì)。風(fēng)化前的基巖是沉積巖的主要物質(zhì)來源，可稱為沉積巖的源，可稱為沉積巖的母巖（parent rock） 母巖風(fēng)化母巖風(fēng)化 物理風(fēng)化物理風(fēng)化: :使先成巖石產(chǎn)生裂隙、并逐漸崩解形成使先成巖石產(chǎn)生裂隙、并逐漸崩解形成碎屑碎屑( (即陸源碎屑）的過程即陸源碎屑）的過程 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化: :使先成巖石中的某些礦物或成分分解消使先成巖石中的某些礦物或成分分解消失同時多少產(chǎn)生一些不溶殘余的過程失同時多少產(chǎn)生一些不溶殘余的過程 母巖風(fēng)化后轉(zhuǎn)變成三種物質(zhì)母巖風(fēng)化后轉(zhuǎn)變成三種物質(zhì): :碎屑物

3、質(zhì)、溶解物質(zhì)碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)和不溶殘余物質(zhì)。在轉(zhuǎn)變過程中和不溶殘余物質(zhì)。在轉(zhuǎn)變過程中, ,涉及到物理和化學(xué)涉及到物理和化學(xué)兩種性質(zhì)的變化兩種性質(zhì)的變化第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用二、風(fēng)化殼二、風(fēng)化殼第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用風(fēng)化帶風(fēng)化帶（weathering zone）或或風(fēng)化殼風(fēng)化殼（weathering crust）自地面向下一定深度內(nèi)基巖受到明顯風(fēng)化的地帶稱為顯然，自地面向下一定深度內(nèi)基巖受到明顯風(fēng)化的地帶稱為顯然，越接近地表，巖石風(fēng)化程度越高越接近地表，巖石風(fēng)化程度越高濕熱地區(qū)風(fēng)化殼發(fā)育完整，剖面自上而下可分為濕熱地區(qū)風(fēng)化殼發(fā)育完整，剖面自上而下可分為土壤層土壤層（soil）、

4、）、殘積層殘積層（eluvium）和）和半風(fēng)化層半風(fēng)化層（semi-weathering zone）等互相過渡的層，風(fēng)化殼的底即為未）等互相過渡的層，風(fēng)化殼的底即為未風(fēng)化的基巖或母巖風(fēng)化的基巖或母巖 第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用土壤層土壤層：由碎屑石英、粘土礦物、褐鐵礦、有機質(zhì)、植物根系組成，物理、化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化強烈殘積層殘積層：由碎屑石英、粘土礦物、褐鐵礦組成，物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化強烈，母巖結(jié)構(gòu)消失，母巖成分僅殘留石英半風(fēng)化層半風(fēng)化層：由石英、粘土礦物（保留長石外形）、蛭石（由黑云母水化形成）、褐鐵礦組成。輕度化學(xué)風(fēng)化，母巖結(jié)構(gòu)保留，母巖成分可判斷第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用風(fēng)化殼類型

5、風(fēng)化殼類型形成條件形成條件標型礦物標型礦物風(fēng)化程度的標志風(fēng)化程度的標志碎屑型碎屑型寒帶、高山寒凍寒帶、高山寒凍地區(qū)地區(qū)原生礦物原生礦物物理風(fēng)化，形成碎屑物物理風(fēng)化，形成碎屑物硅鋁硅鋁- -氯化物氯化物- -硫酸鹽型硫酸鹽型中緯、低緯干旱中緯、低緯干旱地區(qū)地區(qū)濱海地帶濱海地帶石鹽、硝石、石鹽、硝石、蘇打、硬石膏蘇打、硬石膏物理風(fēng)化和初步化學(xué)風(fēng)化，物理風(fēng)化和初步化學(xué)風(fēng)化，Na, Ca, MgNa, Ca, Mg的氯的氯化物和硫酸鹽大量殘留化物和硫酸鹽大量殘留硅鋁硅鋁- -碳酸鹽碳酸鹽型型溫帶半干旱地區(qū)溫帶半干旱地區(qū)碳酸鹽、粘土碳酸鹽、粘土礦物、硬錳礦礦物、硬錳礦等等化學(xué)風(fēng)化較強，粘土礦物為主，化學(xué)

6、風(fēng)化較強，粘土礦物為主，MnMn、CuCu、ZnZn、B B和碳酸鹽部分殘留和碳酸鹽部分殘留硅鋁硅鋁- -粘土型粘土型亞熱帶、溫帶濕亞熱帶、溫帶濕潤地區(qū)潤地區(qū)粘土礦物以蒙粘土礦物以蒙脫石為主，少脫石為主，少量褐鐵礦量褐鐵礦化學(xué)風(fēng)化強，化學(xué)風(fēng)化強，F(xiàn)eFe、AlAl氧化物淋濾于下層，氧化物淋濾于下層，SiOSiO2 2富集表層富集表層硅鋁硅鋁- -鐵質(zhì)鐵質(zhì)- -鋁土型（紅鋁土型（紅土型）土型）熱帶、亞熱帶濕熱帶、亞熱帶濕熱地區(qū)熱地區(qū)鋁土礦、褐鐵鋁土礦、褐鐵礦、高嶺石礦、高嶺石化學(xué)風(fēng)化極強，堿和堿土金屬離子流失，化學(xué)風(fēng)化極強，堿和堿土金屬離子流失，SiOSiO2 2大量流失，粘土礦物大部分解，鋁土

7、礦、大量流失，粘土礦物大部分解，鋁土礦、褐鐵礦富集褐鐵礦富集 現(xiàn)代大陸主要風(fēng)化殼類型（引自黃定華，現(xiàn)代大陸主要風(fēng)化殼類型（引自黃定華，20042004） 三、化學(xué)風(fēng)化及其產(chǎn)物三、化學(xué)風(fēng)化及其產(chǎn)物1. 水解反應(yīng)水解反應(yīng)e.g. KAlSi3O8+H+OH-1 Al4Si4O10(OH)8 + H4SiO4 + K+ 鉀長石鉀長石 高嶺石高嶺石 可溶性硅酸可溶性硅酸 KAlSi3O8+H+OH-1 K Al2Si4O10(OH)2 nH2O +H4SiO4+K+ 鉀長石鉀長石 伊利石伊利石 可溶性硅酸可溶性硅酸 CaAl2Si2O8+ Mg2+ H+OH-1 =(Ca, Al,Mg)Si4O10(

8、OH)2nH2O+H4SiO4 斜長石斜長石 蒙皂土蒙皂土 可溶性硅酸可溶性硅酸 K Al2Si4O10(OH)2 nH2O +H+Al4Si4O10(OH)8+K+ 伊利石伊利石 高嶺石高嶺石 Al4Si4O10(OH)8 +OH-1 +H2O Al2O3 nH2O +H4SiO4 高嶺石高嶺石 三水鋁石三水鋁石 可溶性硅酸可溶性硅酸第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用水解反應(yīng)的特點水解反應(yīng)的特點: : . .水解反應(yīng)的類型與反應(yīng)程度與水的酸堿度有關(guān)水解反應(yīng)的類型與反應(yīng)程度與水的酸堿度有關(guān). . . .形成產(chǎn)物中同時包括難溶解物質(zhì)和易溶物質(zhì)形成產(chǎn)物中同時包括難溶解物質(zhì)和易溶物質(zhì). . . .水解后

9、的易溶物質(zhì)水解后的易溶物質(zhì)( (可溶成分可溶成分) )將以離子形式隨流將以離子形式隨流 體遷移體遷移. . . .水解后的難溶物質(zhì)水解后的難溶物質(zhì)( (不溶殘余不溶殘余) )將在原地富集或以將在原地富集或以 膠體的形式隨流體遷移膠體的形式隨流體遷移. .第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用2.2.氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)e.g. Fe2Si2O6+O2 2Fe2O3+4SiO2 鐵輝石鐵輝石 赤鐵礦赤鐵礦 Fe2S+O2 Fe2O3+SO2 黃鐵礦黃鐵礦 赤鐵礦赤鐵礦 氧化反應(yīng)的特點氧化反應(yīng)的特點: : . .氧化反應(yīng)的程度主要與水體中的游離氧有關(guān)氧化反應(yīng)的程度主要與水體中的游離氧有關(guān). . . .新形成的

10、產(chǎn)物總是具有更高的在水體或空氣中的穩(wěn)新形成的產(chǎn)物總是具有更高的在水體或空氣中的穩(wěn) 定性定性第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用3.3.碳酸鹽或重碳酸鹽化碳酸鹽或重碳酸鹽化e.g. CaAl2Si2O8+CO2+H2O CaCO3+Al2Si2O5(OH)4 鈣長石鈣長石 方解石方解石 高嶺石高嶺石 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 方解石方解石 重碳酸鹽重碳酸鹽反應(yīng)特點反應(yīng)特點: : . .與水體中與水體中CO2CO2的濃度有關(guān)的濃度有關(guān). . . .新形成的易溶性重碳酸鹽可隨水體自由遷移新形成的易溶性重碳酸鹽可隨水體自由遷移. . . .難溶組分則可以膠體的形式遷移難溶組分則可以膠體

11、的形式遷移. .第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用4.4.有機絡(luò)合作用有機絡(luò)合作用原巖礦物或原巖分解產(chǎn)物與有機酸或酚等反應(yīng)原巖礦物或原巖分解產(chǎn)物與有機酸或酚等反應(yīng), ,生成易溶的有機絡(luò)合生成易溶的有機絡(luò)合, ,并以有機絡(luò)合離子的形式并以有機絡(luò)合離子的形式隨流體遷移隨流體遷移第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用5.5.膠體分散作用膠體分散作用 膠體是指介于微米與納米級之間膠體是指介于微米與納米級之間( (10-3 - 10-6 mm) )的微的微粒粒, ,膠體往往帶有電荷性膠體往往帶有電荷性. . 帶電荷原因可能與膠體的成分帶電荷原因可能與膠體的成分偏離理想成分有關(guān)偏離理想成分有關(guān). .例如例如: : F

12、e(OH)3 Fe3+ 與與Fe(OH)3 (OH)-m 分別為正膠體和負膠體分別為正膠體和負膠體, , 相同電荷間的靜電排斥阻礙了膠?；蚰z團的重力下沉相同電荷間的靜電排斥阻礙了膠?；蚰z團的重力下沉. . 當當溶液的帶電性發(fā)生改變時溶液的帶電性發(fā)生改變時, ,膠體發(fā)生凝聚和沉淀膠體發(fā)生凝聚和沉淀第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用在一般風(fēng)化條件下（富氧、中偏弱酸性），盡管總的風(fēng)在一般風(fēng)化條件下（富氧、中偏弱酸性），盡管總的風(fēng)化速率比較緩慢，但不同礦物被分解的速率（或抗風(fēng)化化速率比較緩慢，但不同礦物被分解的速率（或抗風(fēng)化能力）卻有很大差別，據(jù)此可將大陸風(fēng)化帶中的礦物粗能力）卻有很大差別，據(jù)此可將大陸風(fēng)

13、化帶中的礦物粗略地劃分成三個穩(wěn)定性級別略地劃分成三個穩(wěn)定性級別四、風(fēng)化帶中礦物的穩(wěn)定性四、風(fēng)化帶中礦物的穩(wěn)定性第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用. . 不穩(wěn)定礦物不穩(wěn)定礦物 指易溶鹽類礦物（石膏、石鹽、鉀鹽等指易溶鹽類礦物（石膏、石鹽、鉀鹽等) ) 易于氧易于氧化或碳酸鹽、重碳酸鹽化的礦物?；蛱妓猁}、重碳酸鹽化的礦物。. .次穩(wěn)定礦物次穩(wěn)定礦物 指分解方式主要是水解、輕微氧化或輕微碳酸鹽、指分解方式主要是水解、輕微氧化或輕微碳酸鹽、重碳酸鹽化的礦物。重碳酸鹽化的礦物。第三章第三章 風(fēng)化作用風(fēng)化作用 穩(wěn)定礦物穩(wěn)定礦物 指在一般風(fēng)化條件下溶解度極小、極難分解的礦物指在一般風(fēng)化條件下溶解度極小、極難分解的礦物不穩(wěn)定礦物不穩(wěn)定礦物次穩(wěn)定礦物次穩(wěn)定礦物穩(wěn)定礦