第4章风化和重力地貌与堆积物

第一节风化作用和残积物第二节土壤与古土壤第三节重力地貌与堆积物第一节风化作用和残积物一、风化作用及其类型二、影响风化作用的因素三、风化作用的产物一、风化作用及其类型（一）风化作用的概念风化作用是指出露地表或接近地表的岩石和矿物，由于受到气温、大气、水及生物等因素的影响，使它们在原地发生分解和破坏的过程。一、风化作用及其类型风化作用实质上表现为一系列崩解和分解崩解：岩石由大块变成碎块，再渐变成细粒，其形状和大小改变了，但化学成分不发生变化分解：岩石风化过程中化学成分发生变化（二）风化作用的类型1、物理风化2、化学风化3、生物风化（二）风化作用的类型1、物理风化又称机械风化或崩解，它是一个岩石由整体破裂为碎屑，裂隙、空隙和比面积增加、物理性质发生显著变化而化学性质不变的过程。物理风化的作用方式(1)温差风化(2)冰劈作用(3)盐类结晶(4)其它(1)温差风化——岩石的热胀冷缩效应由于昼夜温差和季节温差的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩而引起的。岩石通常是由多种矿物组成的，不同的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化过程中会导致岩石中矿物之间的结合力减弱，最终松弛崩解。即便是成分较为均一的岩石，由于存在着岩石的各向异性，甚至是晶格结构的差异，也可以造成热胀冷缩的差异，导致岩石的风化。温度风化在温差大的地区最为强烈，特别是昼夜温差大、空气干燥、缺少植被地地区，因此温度差异沙漠地区最为盛行。温差风化过程温差大的地区，在白天当太阳光直射时，岩石表层增温而膨胀，而内部膨胀小甚至未发生变化。到了夜晚气温骤降，岩石表面收缩。这样使其岩石表面与内部产生应力差。这种应力差就会使岩石破裂。(2)冰劈作用——冻结风化(水的冻融)水在冻结过程中由于密度降低，体积增大，会产生巨大的破坏力。当水进入岩石的孔隙或裂隙中，如果产生冻结过程，其相应的膨胀力可以导致岩石发生解体。尤其是周期性的冻结作用，很容易把岩石破坏成较小的块体，这种风化作用称为冻结风化。主要发生有高纬度及高山区(2)冰劈作用——冻结风化(水的冻融)花岗岩物理风化及冰楔在冰岛南部的一块岩石因冻融风化而分解(3)盐结晶作用或称为盐风化盐结晶作用引起的蜂窝状风化由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、潮解，使岩石崩解的作用。多发生在干旱及半干旱地区。建筑物上的石头的盐风化沙岩上的盐风化，位于阿塞拜疆上的科布斯坦(4)其它:冰川研磨冰川体一方面有巨大的压力（100米厚的冰体，冰床基岩所受的静压力为90吨/平方米），一方面是运动的（运动速度与冰床坡度成正比），故挟带岩石碎块的冰川对冰床和谷壁有很强的侵蚀作用。对一个突起的岩丘，其迎冰面以刨蚀（磨蚀）为主，背冰面以挖掘为主，形成羊背石。刨蚀作用造成擦痕、刻槽和磨光面等冰蚀地貌形态，同时产生大量碎屑物质，即冰川粉。2、化学风化是指岩石在大气、水与生物作用下发生分解进而形成化学组成与性质不同的新物质的过程。化学风化的作用方式（1）水化作用（2）水解作用（3）溶解作用（4）氧化作用（1）水化作用（hydration)水与一些不含水的矿物结合，把水分子结合到矿物的晶格中的作用。赤铁矿褐铁矿Fe2O3+nH2OFe2O3·nH2O硬石膏石膏CaSO4+2H2OCaSO4·2H2O纯二氧化硅蛋白石SiO2+nH2OSiO2·nH2O水化作用水化作用的结果增大矿物的体积增大对围岩的的压力导致矿物的硬度降低，从而削弱岩石抵抗风化作用的能力（2）水解作用(hydrolysis)在水中电离的矿物阴离子或阳离子与H2O离解成的H+和OH-相互结合，形成难电离的弱电解质的过程。2323NaCOHONaHCONaOH2422242(OH)CuSOHOCuHSO水解作用的实例4K[AlSi3O8]+6H2OAl4[Si4O10](OH)8+8SiO2+4K(OH）钾长石高岭石蛋白石胶体Al4[Si4O10](OH)8+nH2O2Al2O3+4SiO2+4H2O高岭石铝土矿水解作用的结果水解作用导致岩石和矿物的破坏。水解时OH-离子与金属阳离子一起进入海洋，而H+则与铝硅酸络阴离子结合生成难溶解的粘土矿物，残留在大陆。（3）溶解作用(solution)岩石中矿物溶解于水而产生分解的过程。卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水，常见是碳酸盐矿物溶于含CO2的水溶液中，发生碳酸盐化作用。如CaCO3(方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2溶解作用是化学风化过程的一种常见的形式。含有CO2或者其他酸性气体的水，可以使岩石发生溶解。对于一些蒸发盐类，如石膏、岩盐等，水的溶解作用表现尤为明显。溶解作用（4）氧化作用(oxidation)矿物与大气或水中的游离氧反应，生成氧化物的过程。4FeS2(黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3•nH2O+8H2SO4•化学风化作用残留物的特点：–松散–出现富铁、铝、硅的化合物，如褐铁矿、铝土矿、高岭土、蛋白石等。3、生物风化（二）风化作用的类型生物的生命活动引起岩石的分解。分类：生物物理风化作用：指生物活动导致岩石机械破坏的作用。生物化学风化作用：生物在新陈代谢过程中产生的分泌物和生物死亡后的遗体腐烂的分解产物使岩石分解破坏的作用。生物物理风化作用根劈作用与人有关的生物物理风化作用地衣（一）气候因素（二）地形因素（三）岩性因素（四）地质构造因素二、影响风化作用的因素气温降雨生物活动（一）气候因素大气候影响干冷地区温热地区地表温度低高降水量降水性质固体雨水溶液性质酸性少酸性水生物活动状况少多少（一）气候因素潮湿炎热地区降水量大，生物繁茂，生物的新陈代谢和尸体分解强烈。该过程产生大量有机酸，以酸性作用为主。化学风化和生物风化十分强烈，速度快，矿物分解彻底。（一）气候因素干冷地区：物理风化为主，程度差，速度慢，产物以岩石碎屑为主。以碱性作用为主（一）气候因素已矗立于干燥的埃及3500多年，并保持完好的克雷帕特拉石柱照片克雷帕特拉石柱被搬移到空气污染的纽约75年后的照片地形的高度、起伏程度及坡向，具体影响到气候、风化产物的保存、日照、植被等条件。山区地形条件影响最为突出。由山顶到山脚不同海拨及气候有明显的垂直分带山顶：物理风化强烈。山脚：化学风化生物风化为主。（二）地形因素地势（二）地形因素•陡：风化碎屑物很快剥蚀掉，易于物理风化的进行。•缓：生物化学风化为主。岩性影响三大岩类抗风化的能力排序沉积岩：碎屑岩化学岩、生物岩岩浆岩：酸性岩（花岗岩）基性岩（玄武岩）变质岩：浅变质深变质（三）岩性因素不同矿物抗风能力不同单矿物岩石——抗物理风化能力强复矿物岩石——抗物理风化能力弱，有利物理风化化学风化对造岩矿物的相对稳定性相对稳定性造岩矿物极稳定稳定不大稳定不稳定石英白云母，正长石，微斜长石，酸性斜石普通角闪石，辉石类基性斜长石，碱性角闪石，黑云母，普通辉石，橄榄石，海绿石，方解石，白云石，石膏硅酸盐类的造岩矿物风化过程：钾长石→绢云母→水云母→高岭石辉石、角闪石→绿泥石→水绿泥石→蒙脱石→多水高岭石→高岭石黑云母→蛭石→蒙脱石→高岭石白云母→水云母→贝得石→蒙脱石→多水高岭石→高岭石石英(部分)→硅酸→石髓→次生石英在适宜的气候条件下，高岭石进一步分解成铝土矿和石髓等，而辉石、角闪石、黑云母还分解成褐铁矿和针铁矿等花岗岩（岩浆岩）石灰岩（沉积岩）岩石的结构岩石结构较疏松的易于风化不等粒结构易于风化粒度粗者较细者易于风化孔隙式胶结较基底式胶结易于风化胶结物成分：SiCa泥层理发育容易风化地质构造不同部位抗风化能力不同构造裂隙发育的岩层利于风化背斜顶部：张裂隙发育断层带两侧：节理裂隙（四）地质构造因素节理与风化（一）风化作用的阶段1、碎屑残积阶段主要发生物理的机械破碎作用2、钙质残积阶段长石开始分解,形成碳酸盐,蛋白石和胶岭石3、硅铝残积阶段长石基本分解完成,碳酸盐分解,蛋白石形成,高岭石形成4、铁铝残积阶段高岭石分解,水铝石和蛋白石形成强弱三、风化作用的阶段和产物1、残积物(1)残积物：地表岩石受到风化作用发生物理破坏和化学成分改变后，残留在原地的堆积物。残积物岩性：原岩岩屑风化残余矿物地表新生矿物（二）风化作用的产物①岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密切的联系；②是基岩风化破碎后留在原地的风化物质，未经搬运磨圆，未经分选，不具层理；③残积物经长期风化，所形成粘土矿物，常粘附在石英砂的表面；④残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡；⑤由上而下风化程度逐渐减弱，颗粒由细变粗。(2)残积物的特征3、风化壳(1)风化壳是由岩石风化的残积物和土壤构成的覆盖在陆地上的不连续薄壳。60第一层为土壤层，成分为粘土矿物和腐殖质。第二层为残积层(近土壤层)，不含腐植质，由粘土矿物或其它风化产物组成。第三层为半风化岩石层，岩石已碎裂，但成分与下伏岩石相同。第四层为基岩，未风化岩石。风化壳剖面61(2)风化壳形成条件①有利于风化作用持续进行的气候、岩性和构造条件。如高温多雨，温差大，岩石多节理、裂隙，构造破裂等②有利于风化产物残留原地的地貌、植被、水文与地质条件。如地势起伏和缓，地貌稳定，植被覆盖高，地表流水侵蚀弱，地下水流动显著且地下水位低(3)风化壳的基本特征①风化壳空间上分布呈不连续性，厚度差异也很大，厚者可达100—200m，薄者不足1m；②组成物质以粘土和碎屑为主，也可包括少量残存液体；③结构疏松，表层分散性强，分解程度高，粒径小。发育和保存均较好的风化壳，可以划分强度风化，中度风化和微风化三个层带。根据残积物和土壤所含化学元素的不同可以划分为：•含盐风化壳碳酸盐风化壳硅铝型风化壳•铁铝型风化壳碎屑风化壳渍水离铁风化壳风化壳所含化学物质不同，直接影响土壤酸碱性、粘性、透水性等。岩屑型风化壳碳酸化风化壳砖红土型风化壳（四）风化壳基本类型及其分布1、热带，亚热带地区（发育成熟）富铝型酸性和硅铝铁酸性风化壳（高度化学风化）2、温带森林带（发育中期）硅铝粘土型弱酸性风化壳（中度化学风化）3、半湿润半干旱森林草原（发育早期）碳酸盐型中性至微碱性风化壳（轻中度化学风化）4、干旱区（发育初期）碱性风化壳（以物理风化为主，化学风化很弱）5、高寒区与极旱荒漠区－－残积粗岩屑型土壤残积层基岩风化壳第二节土壤与古土壤1、土壤岩石经过物理风化作用、化学风化作用之后，再经过生物风化作用，形成具有矿物质、腐殖质、水和空气的松散堆积。LeachedlayerAA00AA1A2IlluviallayerBParentmateriallayerCRockRLayers土壤不同类型土壤RedsoilYellowsoilBrownsoilBlacksoil残积物与土壤最根本的区别是它不具有肥力。土壤形成速度比风化壳和残积物的形成快得多。土壤与残积物的区别2、古土壤地质时期形成的土壤称为古土壤研究对象：颜色、岩性、化学成分、矿物组分、微结构、孢粉组合、粘土矿物、磁化率、磁组构等古土壤与现代土壤的区别：古土壤的剖面一般不完整，大多没有腐殖质层，即使有也由于易遭分解而颜色变浅，或易遭炭化而染成黑棕色。淋溶层下部与淀积层则为质地较粘的粘化层，因铁的富集，颜色带红。淀积层下部为富含碳酸钙的淀积层，常聚集形成钙结核或姜结石。现代土壤一般有完整的剖面，有色暗的腐殖质层，淋溶层的颜色较浅，其粘性不如古土壤。一、重力地貌基本概念二、几种重力地貌（块体地貌）第三节重力地貌（自学）（一）重力地貌坡面上风化碎屑和不稳定岩体、土体主要在重力并常有一定水分参与作用下，以单个落石、碎屑流或整块土地、岩体沿坡向下运动所导致的一系列独特的地貌。（二）块体运动岩体和土体在重力作用及地表水地下水影响下沿坡向下运动称为块体运动。一、重力地貌基本概念斜坡块体运动的块体分析2sinGG下滑力:抗滑力:cosFGCA临界坡度斜坡块体运动的块体分析sinsincosGGGCAtansintansinGCAKG斜坡块体运动的块体分析松散土体重,临界坡