5-1風化作用與風化殼 (2)

1、12本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：概述概述物理風化作用物理風化作用化學風化作用化學風化作用風化作用的速度風化作用的速度風化殼簡介風化殼簡介第第5 5章章 風化作用與風化殼風化作用與風化殼3風化作用：風化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學變化的過程。的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學變化的過程。 所形成的產(chǎn)物不發(fā)生顯著位移。這與所形成的產(chǎn)物不發(fā)生顯著位移。這與侵蝕侵蝕/剝蝕作用剝蝕作用（運動的地質(zhì)（運動的地質(zhì)營力如風、流水、冰川等將巖石顆粒移離原地）有明顯區(qū)別。營力如風、流水、冰川等將巖石顆粒移離原地）有明顯區(qū)別。

2、主要發(fā)生在主要發(fā)生在地表或近地表地表或近地表處，向下逐漸減弱以至停止處，向下逐漸減弱以至停止 風化層：巖石遭受風化作用后形成的一層風化產(chǎn)物（碎屑、風化層：巖石遭受風化作用后形成的一層風化產(chǎn)物（碎屑、 蝕變物、殘留物）蝕變物、殘留物） 基巖基巖: 風化層之下未遭受風化作用的巖石風化層之下未遭受風化作用的巖石4風化作用：風化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學變化的過程。的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學變化的過程。風化作用風化作用物理風化作用物理風化作用化學風化作用化學風化作用巖石在風化營力作用下發(fā)生巖石在風化營力作

3、用下發(fā)生機械破碎機械破碎巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分解礦物分解/ /蝕蝕變變產(chǎn)物：巖石碎塊、碎屑產(chǎn)物：溶解物、新生物、殘留物5 剝離作用剝離作用 冰劈作用（冰凍風化作用）冰劈作用（冰凍風化作用） 層裂作用層裂作用 根劈作用根劈作用巖石在風化營力作用下發(fā)生巖石在風化營力作用下發(fā)生機械破碎機械破碎6 晝夜晝夜/季節(jié)溫度變化季節(jié)溫度變化 巖石表面和內(nèi)部不均勻膨脹收縮巖石表面和內(nèi)部不均勻膨脹收縮 巖石表層呈鱗片狀層層脫落巖石表層呈鱗片狀層層脫落F 7冰劈冰劈倒石錐倒石錐F 晝夜溫度在冰點上下變化晝夜溫度在冰點上下變化 巖石裂縫中的水結(jié)冰、體積膨脹（巖石裂縫中的水結(jié)冰、體積

4、膨脹（9） 巖石破裂崩解巖石破裂崩解8冰凍風化冰凍風化作用作用 高緯度地區(qū)、中緯度高山區(qū)最甚高緯度地區(qū)、中緯度高山區(qū)最甚9倒石錐：倒石錐：冰凍風化作用產(chǎn)生的巖石碎屑墜落至山麓堆積而成冰凍風化作用產(chǎn)生的巖石碎屑墜落至山麓堆積而成10倒石錐倒石錐11F 深部巖石被抬升、出露地表深部巖石被抬升、出露地表 因因“卸載卸載”導致巖石體積膨脹（外層較內(nèi)部膨脹更甚）導致巖石體積膨脹（外層較內(nèi)部膨脹更甚） 形成平行地表的裂隙（層狀節(jié)理）形成平行地表的裂隙（層狀節(jié)理）121314F “生物物理風化作用生物物理風化作用” 生長在裂隙中的植物的根系使裂隙生長在裂隙中的植物的根系使裂隙 擴大、引起巖石崩解擴大、引起巖

5、石崩解1516表面積表面積 6 6 m2 2單個礫石，邊長約為單個礫石，邊長約為 1 1 m沿裂縫破裂開沿裂縫破裂開表面積表面積 12 12 m2 28 8個碎塊，每個邊長約為個碎塊，每個邊長約為 0.5 0.5 m體積體積 (0.5) (0.5)3 3 8 = 8 = 1 1 m3 3體積體積 1 1 m3 317碎塊大小為原始巖塊大小的碎塊大小為原始巖塊大小的1/21/2表面積表面積 2 2碎塊大小為原始巖塊大小的碎塊大小為原始巖塊大小的1/41/4表面積表面積 4 4碎塊大小為原始巖塊大小的碎塊大小為原始巖塊大小的1/81/8表面積表面積 8 818 氧化作用氧化作用 溶解作用溶解作用

6、水解作用水解作用巖石在巖石在氧氧、水溶液水溶液作用下發(fā)生作用下發(fā)生礦物分解礦物分解/ /蝕變蝕變191 1）氧化作用）氧化作用 空氣中約空氣中約2121是氧氣是氧氣 在潮濕空氣中氧化作用很強在潮濕空氣中氧化作用很強 有機化合物、低價氧化物、有機化合物、低價氧化物、 硫化物最易遭受氧化作用硫化物最易遭受氧化作用如黃鐵礦（如黃鐵礦（FeS2）在水的參在水的參與下很快會被氧化成與下很快會被氧化成褐鐵礦褐鐵礦（Fe2O3nH2O）眾多含鐵礦物如眾多含鐵礦物如鐵鎂硅酸鹽鐵鎂硅酸鹽礦物礦物（輝石、閃石、黑云母、（輝石、閃石、黑云母、橄欖石）在有水參與時會氧化橄欖石）在有水參與時會氧化成成褐鐵礦褐鐵礦。4F

7、e2+ + 3O2 2Fe2O320氧化作用形成的褐鐵礦使巖石染色成磚紅色氧化作用形成的褐鐵礦使巖石染色成磚紅色212 2）溶解作用）溶解作用 酸性溶液使巖石、礦物分解破壞的過程酸性溶液使巖石、礦物分解破壞的過程 空氣中的空氣中的 CO2 使雨水呈弱酸性使雨水呈弱酸性（pH 5.5-6) 土壤中生物的呼吸作用及有機質(zhì)的腐爛產(chǎn)生土壤中生物的呼吸作用及有機質(zhì)的腐爛產(chǎn)生CO2 、形成、形成碳酸碳酸及及有機酸有機酸 燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）會釋放出燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）會釋放出 CO2、NO2、SO2， 形成形成“酸雨酸雨”（pH 2-4)石林（中國）石林（中國）有些礦物可被完全溶解

8、：有些礦物可被完全溶解： CaCOCaCO3 3 CO CO2 2 H H2 2O CaO Ca2 2 HCO HCO3 3 22空氣中的部分空氣中的部分CO2溶解在雨溶解在雨滴中，形成碳滴中，形成碳酸（酸（H2CO3）一小部分一小部分H2CO2離子化，形成離子化，形成氫離子氫離子(H)和和重碳酸根離子重碳酸根離子(HCO3),使雨使雨滴略顯酸性滴略顯酸性略顯酸性的水略顯酸性的水將長石中的鉀將長石中的鉀離子和二氧化離子和二氧化硅溶解出來硅溶解出來把長石變?yōu)檎嘲验L石變?yōu)檎惩恋V物高嶺石土礦物高嶺石溶出的鉀離子溶出的鉀離子(K)和重碳酸和重碳酸根離子根離子(HCO3)進入地下水或進入地下水或河流河流

9、長石的溶解過程長石的溶解過程有些礦物在溶液作用下被變成新的礦物有些礦物在溶液作用下被變成新的礦物（如長石（如長石 高嶺石）高嶺石）23Fig. 6.2土壤層中的被溶蝕的長石土壤層中的被溶蝕的長石24酸雨的效果：酸雨的效果：風化前風化前25酸雨的效果：酸雨的效果：風化后風化后263 3）水解作用）水解作用 礦物遇水后結(jié)構(gòu)改變、形成帶礦物遇水后結(jié)構(gòu)改變、形成帶OH的新礦物的新礦物 當水中溶有當水中溶有CO2時，水解作用加速進行時，水解作用加速進行如長石的水解：如長石的水解： KAISi KAISi3 3O O8 8 H H2 2O AIO AI4 4(Si(Si4 4O O1010)(OH)(OH

10、)8 8 SiO SiO2 2 KOHKOH ( (正長石正長石) ) ( (高嶺石高嶺石) )在濕熱氣候條件下高嶺石還會繼續(xù)水解，最后形成鋁土礦和二氧化硅。在濕熱氣候條件下高嶺石還會繼續(xù)水解，最后形成鋁土礦和二氧化硅。二氧化硅呈膠體溶液帶走，殘留下鋁土礦：二氧化硅呈膠體溶液帶走，殘留下鋁土礦： AI AI4 4(Si(Si4 4O O1010)(OH)(OH)8 8 H H2 2O AIO AI2 2O O3 3 H H2 2O O SiO SiO2 2 ( (高嶺石高嶺石) ) ( (鋁土礦鋁土礦) ) 27 巖石性質(zhì)巖石性質(zhì) 氣候條件氣候條件 構(gòu)造條件構(gòu)造條件高寒、干燥地區(qū)：高寒、干燥地

11、區(qū)：生物稀少、降水呈固態(tài)或很少盛行物理風化作用生物稀少、降水呈固態(tài)或很少盛行物理風化作用炎熱、潮濕地區(qū)：炎熱、潮濕地區(qū)：生物繁茂、降水充沛、溫度高化學風化作用強烈生物繁茂、降水充沛、溫度高化學風化作用強烈礦物成分與化學成分：礦物成分與化學成分：晶體格架穩(wěn)定性；單礦巖晶體格架穩(wěn)定性；單礦巖/復礦巖；礦物顏色復礦巖；礦物顏色 風化作用速度、程度、產(chǎn)物風化作用速度、程度、產(chǎn)物裂縫發(fā)育程度：裂縫發(fā)育程度：裂縫發(fā)育便于水溶液和生物活動，更易風化裂縫發(fā)育便于水溶液和生物活動，更易風化28差異風化差異風化- -相同風化條件下，由于巖石相同風化條件下，由于巖石性質(zhì)不同（抗風化能力不同）性質(zhì)不同（抗風化能力不同

12、）表現(xiàn)出的不同風化程度表現(xiàn)出的不同風化程度29地表地表地表地表金剛石金剛石金剛石管金剛石管風化作用使風化作用使金剛石富集金剛石富集金剛石由金剛石由“金剛石管金剛石管”（從上地幔升起的碎裂的超基性巖柱）帶至地表。金（從上地幔升起的碎裂的超基性巖柱）帶至地表。金剛石在形成時散布于金剛石管內(nèi)；超基性巖在地表被風化剝蝕，抗風化的金剛石在形成時散布于金剛石管內(nèi)；超基性巖在地表被風化剝蝕，抗風化的金剛石形成富集。剛石形成富集。30“ “ 球狀風化球狀風化 ” ” 物理風化與化學風化共同作用的結(jié)果物理風化與化學風化共同作用的結(jié)果 形成于形成于有幾組交叉裂隙有幾組交叉裂隙的的厚層砂巖厚層砂巖和和塊狀巖漿巖塊狀

13、巖漿巖31巖塊的棱角處更易發(fā)生化學風化巖塊的棱角處更易發(fā)生化學風化（流體有更多的接觸面）（流體有更多的接觸面）32球狀風化球狀風化33球狀風化球狀風化34 球狀風化球狀風化 “魔鬼的彈子魔鬼的彈子”，澳大利，澳大利亞亞35受節(jié)理控制的風化作用受節(jié)理控制的風化作用36硬石膏層中被溶解擴大的節(jié)理硬石膏層中被溶解擴大的節(jié)理37 1.碎屑物質(zhì)主要是物理風化作用的產(chǎn)物，也有一部分是巖石在化學風化過程種完全分解的礦物碎屑。包括巖石碎屑和礦物碎屑，是碎屑沉積物的重要來源。 2.溶解物質(zhì)是化學風化和生物風化作用的產(chǎn)物。一部分是以溶液形式被水帶走（K、Na、Ca、Mg等元素的碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及少數(shù)Mn、

14、P氧化物），它是化學沉積物的主要來源。另一部分是SiO2以膠體溶液形式被水帶走。 3.難溶物質(zhì)一些相對不活躍的Fe、Al等元素殘留物在原地，形成褐鐵礦、粘土礦和鋁土礦。38殘積物巖石風化后在原地殘留的物質(zhì)稱為殘積物。殘積物的特征：3.表面較平坦,底界起伏不平與基巖是過渡關(guān)系,具有垂直分帶性 1.成分主要為殘留原地的碎屑物以及新形成的礦物。2.巖石碎屑物質(zhì)大小不均，棱角顯著，結(jié)構(gòu)松散，不具層理。39 在大陸地殼的表層由風化殘積物組成的一層不連續(xù)的薄殼稱為風化殼。厚度一般為數(shù)厘米至數(shù)十米。 如果被較新的巖石覆蓋而保存下來的風化殼稱為古風化殼。1、風化殼的分層土壤層 殘積層(碎屑層) 半風化層基巖 40 風化殼中可形成一些有經(jīng)濟價值的殘余型礦床和風化殼中可形成一些有經(jīng)濟價值的殘余型礦床和殘積砂礦；如殘積砂礦；如FeFe、MnMn、AlAl、NiNi和粘土礦等殘余礦和粘土礦等殘余礦床，金、金剛石等殘