外动力地质作用

外动力地质作用黄定华中国地质大学（武汉）•地球生物学系外动力地质作用的主要任务就是削高补低，重塑地表形态并产生相应的地质产物——沉积物学习要点何谓外动力地质作用？外动力作用指以太阳能为主、重力参与所驱动的地球过程。在形式上分别表现为风的作用、海洋与湖泊作用、河流与地下水作用、冰川与重力作用；在过程上则依次表现为风化作用，剥蚀作用，搬运作用和沉积作用。外动力地质作用类型按地质营力分：地面流水地质作用、海洋地质作用、地下水地质作用、风的地质作用、湖泊地质作用、冰川地质作用、生物地质作用等。按作用程序分：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用。成岩作用是介于内、外作用之间的一个特殊阶段风化作用风化作用是指在地表条件下，由于太阳，大气，水，生物等的作用，使岩石在原地遭受破坏的地质作用。根本原因：岩石在新的环境下调整达到新的平衡状态。风化作用是所有外动力地质作用得以发生的序幕。风的地质作用≠风化作用§1风化作用类型物理风化作用化学风化作用生物风化作用§1风化作用方式物理风化（胀缩交替）温差、冰劈、盐类结晶与潮解等化学风化（化学反应）溶解、氧化、水化、水解和碳酸化生物风化（生命活动）生物物理和生物化学过程1.物理风化作用定义：岩石和矿物主要受温度变化等因素影响，在原地发生机械破碎而无明显化学改变的过程。物理风化的主要方式1.温差风化：岩石表层温度的周期性变化使岩石崩解，多在温差大的干旱和半干旱地区发生。2.冰劈作用：岩石裂隙中的水结冰后体积膨胀,溶化后体积变小，再加入水，然后再次膨胀,长期反复作用引起岩石破裂。主要发生有高纬度及高山区。3.盐类的结晶与潮解作用：与冰劈类似。盐类结晶使体积增大，多发生在干旱及半干旱地区。物理风化作用的产物定义：地表附近岩石和矿物因化学反应，而使其成分和结构发生改变的过程。2.化学风化作用化学风化的主要方式:氧化作用:矿物与大气或水中的氧化合生成氧化物的作用。如：4FeS2(黄铁矿)+19O2+mH2O2Fe2O3.nH2O+8H2SO4溶解作用:卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水的作用。最常见是碳酸盐矿物溶于含CO2的水溶液中，如：CaCO3(方解石)+H2O+CO2Ca(HCO3)2水解作用:水中H和OH离子置换矿物在水中离解出的离子的作用。如4K[AlSi3O8](钾长石)+6H2OAl4[Si4O10](OH)8(高岭石)+8SiO2(蛋白石胶体)+4K(OH)(溶液)水化作用：水分子结合到矿物晶格中变成为含水的新矿物。如Fe2O3(赤铁矿）+nH2OFe2O3nH2O（褐铁矿）化学风化的主要方式:定义：生物在生命活动中引起岩石的分解和破坏作用。3.生物风化作用1.生物机械风化作用:根劈作用：生长在岩石裂隙中的植物，随着根系不断地长大，对裂隙壁产生挤压，使岩石裂隙扩大，从而引起岩石破坏，这种作用称根劈作用；人类活动。2.生物化学风化作用:生物的分泌物和死亡后遗体腐烂分解产物对岩石和矿物的破坏作用。生物风化的主要方式1）岩石成分对风化作用的影响：元素的迁移能力：某些元素易于从矿物中析出。如K、Ca、Na、Mg等，有些不易析出，如Al、Fe、Ti及SiO2等。矿物的抗风化能力：浅色或无色矿物抗风化能力大于深色矿物；表层形成的矿物比地下深处高温高压环境中形成的矿物耐风化；岩浆岩矿物中抗风化能力与结晶顺序相反。4.影响风化作用的因素•矿物抗风化序列：自然元素氧化物、氢氧化物硅酸盐、硫化物硫酸盐、卤化物•造岩矿物抗风化序列：石英白云母正长石黑云母（酸性斜长石）角闪石（中性斜长石）辉石（基性斜长石）橄榄石花岗闪长岩中闪长岩包体差异风化现象差异风化现象：在相同风化条件下由于岩性的不同导致风化速度不同，使岩石表面出现凸凹不平的现象。2）岩石结构、裂隙度的影响：岩石中矿物颗粒大小、孔隙度、裂隙度等均会对岩石的风化产生影响。通常颗粒大者易风化，裂隙发育者易风化。球形风化现象：岩石中因发育多组裂隙，在风化作用下趋于球形化的现象。常见于较细、均质岩石中，如粉砂岩、凝灰岩、火山熔岩中。细砂岩、中浅层侵入岩等岩性均一的岩石最易发生3）气候的影响：炎热潮湿区化学生物风化作用十分强烈，干旱、半干旱区以温差风化为主，寒冷冰冻区以冰劈作用为主。气候对风化作用的程度、类型和深度影响也是显著的4）地形条件：地形高低造成气候垂直分带；阳坡比阴坡风化作用强风化壳：由残积物和土壤在陆地上构成的，厚薄不均的不连续薄壳。古风化壳：地质时期形成、已经成岩但仍保留相应特征的风化壳风化壳的垂直分带结构：土壤层、残积层、半风化层§5风化壳的组成与结构风化壳的垂向结构土壤层：经过生物风化作用的改造而富含腐殖质的残积物。残积层：经长期物理和化学风化作用后残留在原地的风化产物。半风化层：遭受初步风化作用影响、岩石的结构、构造和成分尚未发生彻底变化的岩石部分现代风化壳剖面土壤层残积层半风化层腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈黑色或棕色，性质为胶体状。它具有比土壤无机组成中粘粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，少量的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。风化作用的元素序列与发展阶段极易迁移Cl(Br,B,I);S容易迁移K,Ca,Na,Mg,F,Sr可以迁移SiO2,Mn,P,Ba,Rb,N略可迁移Al,Fe,Ti一般不迁移SiO2(石英)风化作用阶段风化壳类型气候类型机械破碎阶段机械风化壳高纬寒冻区富钙化阶段碳酸盐风化壳中纬温带区富硅铝阶段高岭土风化壳低纬亚热带区富铝化阶段砖红土风化壳赤道热带区昆仑山顶风化壳古风化壳现代风化壳风化壳与土壤腐殖质层（O）淋溶层（A）淀积层（B）半风化层（C）O、A、B层合称为土体，是成土作用最为活跃的层次和真正意义上的土壤层。风的地质作用风是空气的水平运动。它起源于太阳对大气的幅射，形成于不同的纬度分带和地理分区。风是导致沙漠化，风成黄土与风灾的直接原因之一。大气系统是一个受到多种不确定因素影响的复杂系统；因此气候变化的长期行为是不可预测的。多发生于植被稀少、地表物质疏松、蒸发量远大于降雨量的干旱地区。是一种纯机械性作用，即风的侵蚀、搬运、沉积均以机械方式进行。风是气体介质，多无固定的流动路线；风速和风向变化大。§1风的地质作用特点在海洋与陆地交界的部位，会产生一种特殊的“海陆风”。主要成因是源于海洋与陆地的热容不同，导致了相互间温度的不同步变化，从而产生了昼夜风向不同的海陆风。海陆风的形成与运动风化作用指在地表或接近地表条件下，坚硬的岩石、矿物在原地发生物理的、化学的变化从而形成松散堆积物的过程。风力作用是指风凭借其动力及其携带物质对地表岩石的机械破坏作用。从定义上不难看出两者的不同：1.从动力来看，风化作用的动力来自物理（岩石的释重。热胀冷缩、冰劈作用等）、化学（氧化作用，水溶液的作用等）及生物（根劈作用、生物腐殖质腐蚀岩石）等作用；而风力作用的动力就是风本身。2.从结果上来看，风化作用形成松散的堆积物，常见的为地层中的古风化壳及现在的土壤层；而风力作用主要形成各种风蚀地貌。1.大气的结构大气圈在垂直和水平两个方向上分别存在着非均一现象，据此可以对大气进行垂向和水平划分。对流层是大气圈的最下一层，平均厚度为10km左右，厚度不到大气圈的1％，但集中了大气质量的3／4，大气水汽的90％。主要天气现象如云、雾、雨、雪、雹都形成在此层内。风的地质作用也因此而起。2.大气的运动大气的运动既有垂直方向，也有水平方向的。前者可形成大气环流，后者则形成气旋和风。大气的运动是在气压梯度的驱动下发生和维持的。大气每时每刻都在不停地运动着，其运行是极其复杂和多变的。大气环流就是大气运动的基本形式之一，可以按运动方向分为水平环流和垂向环流，按地理方向分为经圈环流和纬圈环流。大气环流平均经圈环流平均纬圈环流太阳辐射造成高低纬之间的温度差异，形成低纬低压和高纬高压的局面，进而产生了高低纬之间的气压梯度。在气压梯度的控制下，赤道附近空气受热膨胀上升，高空空气流向两极；在极地空气冷却下沉，向低纬地区流动，于是形成南北方向高低纬之间的大气环流圈。大气环流的实质——热对流赤道极轴——南北方向的经圈环流随季节移动，北半球冬季南移，夏季北移。南半球反之。——东西方向的水平环流随冬夏太阳位置的南北移动，规模和位置也南北移动。且中、高纬地区风力冬强夏弱；在0º~30º的低纬地区则夏强冬弱。——加上地形的影响，大气环流的规模和形态变得更为复杂。00S300S600N300N600吹蚀作用：风将地表松散物质吹离原地的过程。对象主要为粘土—粉沙级的松散物质。磨蚀作用：风携带的沙粒对地表岩石的冲击、磨擦使其破坏的作用。风的含沙量具明显的垂直分带性，绝大部分沙粒集中在距地面30cm范围内，尤其是10cm以下，故风的磨蚀作用主要发生在30cm的高度内§2风的侵蚀作用风蚀作用的产物包括风蚀的岩石和风蚀地形两种风蚀作用改造的岩石有：风棱石；蜂窝石；蘑菇石等风蚀作用形成的地形有：风蚀洼地；风蚀谷；风蚀残丘等风蚀作用的产物风蚀作用的产物蘑菇石风蚀作用产物示意图风蚀作用的产物“骆驼”石风蚀作用的产物风棱石风棱石风蚀地貌新月形沙丘风蚀地貌新月形沙丘月牙湖风蚀地貌风城定义：风将碎屑物携带至它处的过程。由于风是气体，密度小，其搬运力通常不大，但有其独特的特征：1.风主要搬运沙级以下的物质（粒径＜2mm）。但风暴的搬运量和搬运距离可很大（几百万吨、上万公里）。细小的悬浮物可环球旅行.§3风的搬运作用2.在风的搬运过程中，特别在定向风的作用下，搬运物的分选性非常明显。通常，推移（滚动）粒径＞2mm、跃移物粒径2—0.2mm（距地面30cm）、悬移物粒径＜0.2mm。3.因风是气体，风运物更容易碰撞、磨圆磨细。风的搬运方式风的沉积作用：当风速的降低，紊流的上举速度低于沙粒的沉降速度时，沙粒和尘土便堆积下来形成的风积物的过程从风源区顺着风的前进方向，沉积物由砾逐渐成为粉尘，并具明显分带性，同一带中的沉积物粒度相等，分选性很好§4风的沉积作用风积物主要分为两类：一类为沙级（2-0.05mm）称风成沙；一类为粉沙和粘土（粒度＜0.05毫米）称风成黄土。风成沙和风成黄土在空间分布上有严格的规律性，其生成条件也不同。风积物分选性（碎屑颗粒粗细均匀程度。大小均匀者,分选性好,大小混杂者,分选性差。）极好，大多数颗粒直径为0.1-1mm;磨圆度好,颗粒基本上无棱角,石英颗粒表面常呈毛玻璃状;成分稳定,多以石英为主,云母等片状矿物少见;常具板状斜层理和风成交错层理;较粗的沙表面上常有氧化锰和氧化铁薄膜,俗称“沙漠漆”;一般不含生物遗体和遗迹。风成沙特点：灰黄、棕黄色,疏松多孔,孔隙度高达44-55﹪,垂直裂隙发育;分选性良好,大部分颗粒直径为0.5-0.05mm;磨圆度差,一般呈次棱角状-棱角状;矿物成分以石英和长石为主;无层理。风成黄土特点：黄土地貌——塬、梁、峁塬是黄土覆盖的范围较广的平坦高地，是黄土覆盖在大片平整古地形上形成的。梁是长条形的黄土丘陵。我国黄土地区当地所指的梁，梁顶较狭窄，呈明显的穹形。也可有平顶梁。梁的形成多与条状古地形有关。峁是穹状的黄土丘陵。峁顶面积不大，呈明显的穹起，整个外形象馒头。另一种是连续的黄土平顶峁，峁顶之间有一个分水鞍地。峁的形成也与古地形有关。塬、梁、峁黄土剖面黄土研究是我国特有的地质学优势领域之一，蕴涵着地质晚近时期的气候乃至全球变化的丰富信息，与中国人种的生息繁衍紧密相关。ClassOver