地質(zhì)地貌學(xué)PPT課件頁(yè)P(yáng)PT

1、地 貌 學(xué)山西五臺(tái)山第八章 風(fēng)化作用與坡地重力地貌人們通常用“海枯石爛不變心”來(lái)表示對(duì)愛(ài)情的忠貞，實(shí)際上海會(huì)枯，石也會(huì)爛。引起石爛的原因就是風(fēng)化作用風(fēng)化后的物質(zhì)在重力和水等因素作用下，容易順坡向下運(yùn)動(dòng)，形成坡地重力地貌Photograph from: nationalgeographic第一節(jié) 風(fēng)化作用與風(fēng)化殼 一、風(fēng)化作用（一）概念 暴露到地表的巖石，所處環(huán)境與原來(lái)有較大差別，必然引起巖石發(fā)生變化以適應(yīng)新的環(huán)境。同時(shí)，風(fēng)化破碎后的巖石又形成一些在常溫常壓條件下穩(wěn)定的產(chǎn)物，這就是風(fēng)化作用（weathering），即地殼表層的巖石，在大氣和水的聯(lián)合作用以及溫度變化和生物活動(dòng)的影響下，所發(fā)生的一系

2、列崩解和分解作用。巖石的風(fēng)化作用是一種長(zhǎng)期的、持續(xù)的普遍而極其緩慢的作用過(guò)程。（二）實(shí)質(zhì) 地下深處的巖石在出露或接近地表后，為適應(yīng)地表常 溫常壓的新環(huán)境，必然發(fā)生的一種變化過(guò)程。 （三）分類 通常分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化1、物理風(fēng)化 概念：巖石發(fā)生物理疏松崩解等機(jī)械破壞的過(guò)程，一般不引起化學(xué)成分的改變，以溫度變化為主要影響因素，破壞只使巖石由大塊變?yōu)樾K，再變成細(xì)沙，細(xì)粉，最后變成巖土。 引起物理風(fēng)化的主要原因有： （1）巖石卸荷釋重引起的剝離作用：形成于地殼深處的巖石，后來(lái)受到地殼抬升，釋放了原來(lái)受壓的應(yīng)力，由此引起巖體膨脹，當(dāng)膨脹超過(guò)彈性限度，巖石就發(fā)生破裂。 在花崗巖分布地區(qū)由于巖石完整，

3、物質(zhì)均勻，破裂面少，因而這種原因引起的物理風(fēng)化最常見。巖石卸荷釋重引起物理風(fēng)化Photograph by Peter L. Kresan花崗巖經(jīng)物理風(fēng)化后片狀剝落Photograph by Peter L. Kresan （2）外來(lái)晶體的擠壓作用（ 又稱冰劈或冰楔作用，如圖）冰辟作用形成過(guò)程： 存在于巖石裂隙中的水，在氣溫達(dá)到冰點(diǎn)凝固結(jié)冰時(shí)體積膨脹，使巖石裂隙加寬加深。 冰融化時(shí)，水沿著擴(kuò)大了的裂隙向更深處滲入，再次凍結(jié) 如此反復(fù)，以致把巖石崩解成碎塊。冰辟作用在氣溫常在0上下變化的亞寒帶潮濕地區(qū)最顯著。 （3）因溫度變化引起巖石體積發(fā)生膨脹與收縮作用（右圖）：左邊揭示了風(fēng)化的原因，側(cè)重了溫度

4、變化對(duì)巖石的破壞作用；右邊顯示了風(fēng)化的過(guò)程。（4）生物活動(dòng)參與下的機(jī)械破壞作用：根劈；地下各種動(dòng)物把地下巖屑帶到地表（如圖） ；直接在巖石上打洞 。Photograph from：nationalgeographic2、化學(xué)風(fēng)化（1）概念 位于地表的巖石礦物在水、大氣、生物的相互作用下，發(fā)生氧化、溶解、水解、水化等一系列化學(xué)反應(yīng)，因而改變了巖石的物理性質(zhì)和化學(xué)成分，甚至形成新的礦物，破壞巖石原來(lái)的結(jié)構(gòu)，使巖石疏松甚至逐漸變成松散的土層。（2）影響因素： 水：地表化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中最活躍的因素 大氣：氧氣、二氧化碳 溫度：影響化學(xué)風(fēng)化進(jìn)行的速度（3）分類 化學(xué)風(fēng)化分溶解、水解、水化、氧化、碳酸鹽化、

5、生物化學(xué)風(fēng)化等。 溶解：水對(duì)礦物直接溶解 作用：增加巖石孔隙，破壞巖石結(jié)構(gòu)，削弱巖石抗風(fēng)化能力，有利于物理風(fēng)化作用進(jìn)行。水解：礦物與水發(fā)生反應(yīng)而分解 一些弱酸強(qiáng)堿或強(qiáng)酸弱堿的巖類礦物離解，和水中游離的H+和OH結(jié)合產(chǎn)生新礦物。 陸殼中的花崗巖分布最廣，所以，長(zhǎng)石（花崗巖主要成分之一）水解也最普遍（如下式）。K2OAl2O36SiO2+3H2OAl2O32SiO22H2O+2KOH+ 4SiO2 正長(zhǎng)石 固體新礦物 液體 膠體 水化： 水與一些不含水的礦物相結(jié)合，水參與到礦物晶格中，并改變其分子結(jié)構(gòu)，形成新礦物（如下式）。 CaSO4（硬石膏）+2H2O CaSO42H2O （石膏） 水化作用的

6、結(jié)果是改變礦物物理性質(zhì)：硬度下降，密度減小，體積增大，有利于物理風(fēng)化進(jìn)一步進(jìn)行 。碳酸鹽化作用（在石灰?guī)r地區(qū)最明顯） 碳酸與巖石中的金屬離子發(fā)生反應(yīng)形成碳酸鹽化作用（如下式） 。 CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2 方解石 重碳酸鈣 2KAlSi3O3 + 2H2O+CO2 H4Al2Si2O9 + K2CO3 + 4SiO2 正長(zhǎng)石 固體礦物 真溶液 膠體氧化作用： 氧是強(qiáng)烈的氧化劑，常通過(guò)空氣和水中的游離氧進(jìn)行氧化作用。 氧化作用隨溫度上升而加劇。 許多變價(jià)元素在地下缺氧條件常形成低價(jià)元素的礦物，出露地表后，在氧化環(huán)境下易氧化為高價(jià)元素的新礦物，以適應(yīng)新環(huán)境。易氧化的元素多為金

7、屬元素，尤其是鐵。生物化學(xué)風(fēng)化作用： 生物新陳代謝過(guò)程中分泌出各種化合物，例如：碳酸、硝酸、有機(jī)酸等。它們對(duì)巖石起強(qiáng)烈的腐蝕作用，甚至在巖石表面溶蝕成許多根的印痕。生物化學(xué)風(fēng)化中的微生物作用尤為重要，事實(shí)上，礦物的氧化、還原作用都是在微生物參與下進(jìn)行的。（四）風(fēng)化作用小結(jié) 1、風(fēng)化作用總的結(jié)果 削弱破壞巖石顆粒間的連接，形成、擴(kuò)大巖體裂隙，降低斷面的粗糙程度，產(chǎn)生次生粘土礦物等，從而降低巖體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。Photograph by Peter L. Kresan2、各種風(fēng)化作用關(guān)系 （1）區(qū)別 物理風(fēng)化只機(jī)械破壞物理性質(zhì)（由大變小），不改變化學(xué)性質(zhì)，不產(chǎn)生新礦物；化學(xué)風(fēng)化發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變化

8、學(xué)成分，產(chǎn)生新礦物。 （2）聯(lián)系 物理風(fēng)化是基礎(chǔ)和先導(dǎo)；化學(xué)風(fēng)化反過(guò)來(lái)促進(jìn)物理風(fēng)化的進(jìn)行和深入，由于巖性、構(gòu)造、氣候、流水等條件不同，同一地點(diǎn)風(fēng)化程度不完全相同，產(chǎn)生差異風(fēng)化現(xiàn)象。二、主要巖石的風(fēng)化特點(diǎn)及巖石地貌特征一、影響巖石風(fēng)化特征與風(fēng)化速度的因素風(fēng)化作用的速度主要取決于自然地理?xiàng)l件和組成巖石的礦物性質(zhì)。（一）巖石所處的環(huán)境條件1氣候 地表各處的氣溫、降水及生物狀況都受該地區(qū)氣候的影響，而氣溫影響著巖石的機(jī)械破碎程度、化學(xué)風(fēng)化速度、生物風(fēng)化的進(jìn)程，降水關(guān)系到水的活躍程度，生物的生長(zhǎng)狀況直接影響生物風(fēng)化作用，因此，氣候是影響巖石風(fēng)化的重要因素。氣候是受緯度、地勢(shì)、海洋等因素控制，具有分帶性，

9、在不同氣候帶上，巖石風(fēng)化特點(diǎn)明顯不同。2地形條件 地形條件包括地勢(shì)的高度、起伏程度以及坡向三個(gè)方面。地勢(shì)高度和坡向影響氣候條件，間接影響風(fēng)化作用，地勢(shì)起伏程度影響巖石風(fēng)化速率。如在地勢(shì)起伏大的地區(qū)，巖石表層風(fēng)化后，不易留在原處，不斷下墜，使新鮮巖石裸露，從而加快了風(fēng)化速率，在地勢(shì)起伏小的地區(qū)，巖石風(fēng)化物多殘留在原處，覆蓋在巖石表層，減弱了內(nèi)層巖石的風(fēng)化。（二）巖石的特征環(huán)境條件是影響巖石風(fēng)化的外因，巖石性質(zhì)是影響風(fēng)化的內(nèi)因。1巖石成分 巖石抗風(fēng)化能力的強(qiáng)弱與它所含礦物的成分和數(shù)量有密切關(guān)系。主要造巖礦物中抵抗風(fēng)化能力由小到大的次序是：橄欖石、鈣長(zhǎng)石、輝石、角閃石、鈉長(zhǎng)石、黑云母、鉀長(zhǎng)石、白云母

10、、粘土礦物、石英、鋁和鐵的氧化物。礦物在風(fēng)化過(guò)程中的穩(wěn)定性與鮑文反應(yīng)系列中礦物晶出的順序是對(duì)應(yīng)的。2巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 巖石中礦物或碎屑物顆粒的粗細(xì)、分選程度及膠結(jié)程度等結(jié)構(gòu)特征決定著巖石的致密程度和堅(jiān)硬程度，從而影響到巖石的風(fēng)化。如疏松多孔或粗粒多孔的巖石顯然比細(xì)粒致密而堅(jiān)硬的巖石易于風(fēng)化。薄層巖石、具有層理、片理構(gòu)造的巖石，水分和空氣易侵入層理或片理而加速其風(fēng)化。3節(jié)理發(fā)育狀況 節(jié)理的存在有利于水溶液的流動(dòng)和生物活動(dòng)，以致節(jié)理多的巖石容易風(fēng)化，尤其是在幾組節(jié)理交匯的地方，節(jié)理把巖石分割成多面體的小塊，小巖塊的棱和隅角與外界接觸面積增大，則從多個(gè)方向受到溫度和水溶液等因素的作用，使巖石破壞程度

11、加重，破壞深度加強(qiáng)，久之棱角消失，變成球形，這種現(xiàn)象叫球狀風(fēng)化。它是物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化共同作用的結(jié)果，以化學(xué)風(fēng)化為主。礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及節(jié)理狀況不同的巖石共生在一起，它們抵抗風(fēng)化的能力不一致，則抗風(fēng)化能力強(qiáng)的巖石突出，抗風(fēng)化能力弱的巖石凹入，該現(xiàn)象稱為差異風(fēng)化。二、主要造巖礦物在風(fēng)化過(guò)程中的變化不同礦物化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造不同，風(fēng)化產(chǎn)物也必有區(qū)別。1石英 硬度大，溶解度小，很難風(fēng)化，是地表最穩(wěn)定的礦物。2長(zhǎng)石類礦物 長(zhǎng)石的硬度也較高，其物理風(fēng)化作用較難，在一定條件下，常會(huì)發(fā)生化學(xué)風(fēng)化作用。鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石受水和二氧化碳的影響，都會(huì)遭受風(fēng)化，其中斜長(zhǎng)石比正長(zhǎng)石更易風(fēng)化。3云母類礦物 其中黑云母比

12、白云母容易風(fēng)化。黑云母常發(fā)生化學(xué)風(fēng)化，形成鐵的氫氧化物，以及粘土礦物；而白云母較穩(wěn)定，當(dāng)風(fēng)化條件很強(qiáng)時(shí)，也會(huì)風(fēng)化成水云母或高嶺土。4鐵鎂類礦物 易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化，形成鐵鎂氧化物及粘土礦物，故在沉積巖中很少見到鐵鎂礦物。5粘土礦物 為形成于地表?xiàng)l件下的次生礦物，性質(zhì)穩(wěn)定，一般情況下很難風(fēng)化。但在強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化條件下，還要進(jìn)一步分解。6碳酸鹽礦物 在濕熱氣候區(qū)容易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化。7硫化物 很容易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化，常常發(fā)生氧化作用形成硫酸和硫酸鹽。三、主要巖石的風(fēng)化特點(diǎn)及巖石地貌特征不同礦物組成的巖石在外界條件下，風(fēng)化特點(diǎn)也會(huì)不同.1花崗巖 在植被覆蓋時(shí)，物理風(fēng)化強(qiáng)烈，易崩解成碎粒；在濕熱條件下，化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)

13、烈，石英保留為砂粒，長(zhǎng)石風(fēng)化為粘粒，形成砂中帶粘的風(fēng)化物。花崗巖常有數(shù)組節(jié)理，易形成球狀風(fēng)化現(xiàn)象，但在北方，化學(xué)風(fēng)化較弱，易形成險(xiǎn)峻的山峰。2玄武巖 較花崗巖易風(fēng)化，風(fēng)化產(chǎn)物粘細(xì)，由于含磁鐵礦，風(fēng)化后形成硬殼，成為影響作用生長(zhǎng)的因素。如化學(xué)風(fēng)化不強(qiáng)，易形成陡峭山坡。3頁(yè)巖 易發(fā)生物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化為粘土礦物，其中夾有頁(yè)巖碎片，進(jìn)一步風(fēng)化可形成肥沃土壤。4砂巖 抗風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化物與原巖性質(zhì)相近，含砂量高，松散，易透水。5石灰?guī)r 主要成分CaCO3，易溶解，風(fēng)化物質(zhì)地粘細(xì)，含鈣質(zhì)豐富，酸性弱，發(fā)育的土地肥力較差。6石英巖 風(fēng)化最難，以機(jī)械破碎為主，沿節(jié)理易形成陡峭山峰，發(fā)育成土壤肥力差。7大理巖

14、 其由碳酸鹽礦物組成，在濕熱氣候區(qū)，主要發(fā)生化學(xué)風(fēng)化，風(fēng)化土層淺薄，而在干旱區(qū)，則難于風(fēng)化而形成陡峭的地形。球狀風(fēng)化球狀風(fēng)化風(fēng)化作用無(wú)處不在Photograph from: lxygtech.163/04/0903/08/0VBEQ03500091544.html獅身人面像能保留（4000多年）原因何在？Photograph from: nationalgeographic花崗巖塊狀風(fēng)化三、風(fēng)化殼（一）概念 風(fēng)化作用對(duì)巖石的破壞首先從地表開始，逐漸向地殼內(nèi)部深入，正常情況下，愈接近地表的巖石風(fēng)化程度越深，向深處則風(fēng)化程度越低，直至過(guò)渡到不受風(fēng)化（新鮮巖石），這樣在地殼表層形成一個(gè)由風(fēng)化巖石構(gòu)成

15、的層，一般稱為風(fēng)化殼。 （二）垂直分帶性 根據(jù)風(fēng)化程度、風(fēng)化特征以及其物理力學(xué)特性的不同，可將風(fēng)化殼自上而下劃分為4個(gè)帶，如右圖： 新鮮未風(fēng)化的巖層 風(fēng)化裂隙和塊石帶 風(fēng)化碎石帶 土壤層、風(fēng)化土層 各風(fēng)化帶之間都是逐步過(guò)渡的，沒(méi)有明顯的界線。（三）發(fā)育階段 1、物理風(fēng)化階段（有機(jī)質(zhì)少，巖屑型風(fēng)化殼） 2、化學(xué)風(fēng)化階段（以地表濕熱，能徹底風(fēng)化的花崗巖地區(qū)為例） （1）早期（硅鋁酸鹽型及硅鋁碳酸鹽型風(fēng)化殼） 硅鋁酸鹽中的堿金屬和堿土金屬（鉀、鈉、鈣、鎂等）與溶液中的Cl，SO42離子結(jié)合，形成氯化物、硫酸鹽 。氯化物極易被水淋溶帶走，常在地表較低處富集，碳酸鹽較難溶，常在原地富集，多呈黃灰黃色，類

16、似黃土狀，又稱黃土風(fēng)化殼 。 （2）中期（硅鋁粘土型風(fēng)化殼或高嶺土型風(fēng)化殼） 風(fēng)化殼進(jìn)一步發(fā)育，碳酸鹽也被大量淋失，甚至一些溶為膠體狀的SiO2也開始遷移，硅鋁酸鹽被分解為高嶺土，蒙脫石等粘土礦物殘留在原地，含鐵質(zhì)多呈灰色 。 （3）晚期（鐵鋁型風(fēng)化殼或磚紅壤風(fēng)化殼） 風(fēng)化作用進(jìn)行得比較徹底，硅酸鹽已全部被分解，可遷移的元素基本都被遷出 ，僅殘留難遷移的鐵鋁化合物，例如：Al2O3、Fe2O3及耐風(fēng)化的石英 。（四）影響因素 1、氣候（控制巖石化學(xué)風(fēng)化作用最普遍最主要的因素）地區(qū)風(fēng)化殼發(fā)育程度高山寒帶、苔原凍土地區(qū) 微弱 溫帶草原氣候帶 硅鋁碳酸鹽殼 溫帶森林氣候帶硅鋁硫酸鹽殼 熱帶亞熱帶濕熱

17、區(qū) 鐵鋁型、磚紅壤型 2、地貌 （1）地面起伏較大、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈的山區(qū)：剝蝕作用較強(qiáng)，殘積物易被蝕去，不利風(fēng)化殼發(fā)育，主要?dú)埩粢恍╋L(fēng)化碎屑。（2）低洼處：是風(fēng)化碎屑物不斷堆積的場(chǎng)所，也不利風(fēng)化殼的形成和保存。 （3）準(zhǔn)平原、分水嶺鞍部及較平坦地區(qū)： 剝蝕不強(qiáng)，地殼又長(zhǎng)期穩(wěn)定，有可能發(fā)育巨厚的殘積型風(fēng)化殼。 3、巖性和時(shí)間（1）不同巖性地區(qū)，原地殘積的風(fēng)化殼在結(jié)構(gòu)及新形成的次生礦物成分上都會(huì)有顯著差異。（2）風(fēng)化作用持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短直接影響風(fēng)化殼的發(fā)育程度。（3）不同地區(qū)，因自然環(huán)境不同，發(fā)育的風(fēng)化殼亦有差別： 濕熱地區(qū)風(fēng)化較徹底，風(fēng)化殼剖面較完整； 冷干地區(qū)風(fēng)化殼不發(fā)育，僅停留在風(fēng)化早期,剖面

18、也比較簡(jiǎn)單。第二節(jié) 坡地重力地貌一、概念 坡面上的風(fēng)化碎屑、不穩(wěn)定土體、巖體主要在重力并常有水分參與的作用下，以單個(gè)落石、碎屑流或整塊土體、巖體沿坡向下運(yùn)動(dòng)所導(dǎo)致的一系列獨(dú)特的地貌（由于移動(dòng)物質(zhì)多系塊體形式，也稱塊體運(yùn)動(dòng)）。 二、研究意義具有突發(fā)性、破壞性大等特點(diǎn)，尤其在山區(qū)。加強(qiáng)坡地重力地貌的研究無(wú)論對(duì)我國(guó)還是我省都有十分重要的意義。 二、分類（一）蠕動(dòng)（十分緩慢的移動(dòng)現(xiàn)象）（二）崩塌（重力作用、突然、急?。ㄈ┗拢ㄖ亓退⒄w下滑）1、崩塌 在陡峻山坡上巨大的隆起或鼓起或碎屑層在本身重力作用下突然急劇傾倒、崩塌，在坡角處堆積倒石堆或碎屑流等，如圖。 形成條件地形；氣候；地質(zhì)觸發(fā)因素強(qiáng)烈冰雪融化、暴雨、地震、爆破等 形成地貌倒石堆、墜積物 Photograph by Peter L. Kresan 60多米的山體突然崩塌，近1.5萬(wàn)立方米的石頭傾瀉而下，掩蓋了整條高速公路，最大的石塊足足有800立方米。Photograph from: cyol/node/index.htm案例：浙江甬臺(tái)溫高速公路崩塌形成條件地表形態(tài)，地下水，物質(zhì)組成與地質(zhì)結(jié)構(gòu)觸發(fā)因素斜坡形態(tài)的變化，降雨和