第三章-风化作用与坡地重力地貌1

剥蚀作用denudation剥蚀作用包括风化作用weathering、块体移动massmovement、侵蚀作用及搬运作用transportation（被移动的物质称为搬运物load），总的效果是使地表物质不断被移走，地面逐步下降，直至外力作用消失或造成平地为止。风化作用与风化壳坡地重力地貌（块体运动）风化作用与坡地重力地貌第三章物理风化：由于温度、压力等变化引起的岩石崩解、破碎化学风化：岩石中的矿物成分与O2、CO2、H2O发生化学分解生物风化：生物活动引起的岩石破碎、分解作用第一节风化作用（Weathering）第一节风化作用地表和接近地表的岩石（矿物）在温度变化、水、大气以及生物的影响下发生的原地崩解、破碎及分解作用（disintegration&decomposition）概念：类型：结果：岩石颗粒变细、溶解离子、产生新的矿物,残积物，风化壳，土壤一、物理风化（机械风化）卸荷剥离作用（压力释放）岩石卸荷释重而引起的剥离作用热力风化温差变化引起的膨胀与收缩作用冻融风化水的周期性冻结和融化机械崩解（冰劈作用）盐风化盐类的结晶和形成体积更大的新盐类对围岩施加压力岩石和矿物逐步疏松崩解成碎屑的过程，而它们自身的化学成分则不会发生改变第一节风化作用1、卸荷剥离作用（压力释放）许多形成于高压环境的火成岩如花岗岩等，一旦暴露于大气之下，压力便大大降低，因而起起了岩体膨胀。岩石自距地表以下很深的深度暴露于地表后，释放大约1.5－8×105千帕（Kpa）的压力，引起岩体膨胀。当膨胀超过弹性极限后，岩石会发生破裂而产生裂隙或隐伏纹理。第一节风化作用若岩石的四周和下部都被固定在岩石中，这种减压膨胀将主要发生在向上的方向上第一节风化作用岩石膨胀后形成大致平行地表的裂隙称为席状节理或页理。厚度从十几厘米到几米不等。随深度增加，厚度变大，近地表节理薄而多，结果造成岩石的层状（或席状）剥离崩解。席状节理席状剥离第一节风化作用温差变化引起的岩石体积发生膨胀收缩作用(1)表里不一：白天，表面受晒膨胀；夜间，表面冷缩，内部受热膨胀(2)不同矿物胀缩系数不一，相互脱落。20℃10℃10℃12℃2、热力风化第一节风化作用热力风化-岩石原因岩石是热的不良导体，日间受热时，岩石表层增温最快，膨胀最剧烈；而表层以下却增温很慢，膨胀量较小。岩石表层与内部的热膨胀变形量不同，产生张应力差。夜间的情形则相反，表层散热降温快，迅速发生收缩；而下层散热慢，收缩量小。两者之间产生压应力差。岩石经过长时间的张应力、压应力的交替作用后，产生了许多风化裂隙。裂隙既有与表面平行的横向裂隙，也有与表面垂直的纵向裂隙，最终导致岩石的表面逐层剥落。常见于日温差大的荒漠第一节风化作用多数岩石由多种不同矿物组成，不同矿物颗粒大小、颜色深浅等特性不一。组成岩石的各种矿物膨胀系数和收缩系数的差异也可导致岩石受热和变冷时各部分受力不一，发生崩解，剥落。岩石热力风化的强弱还决定于岩石的组成，一般说来，单矿岩石的热力风化弱于多矿岩石，细晶多矿岩石弱于粗晶多矿岩石。粒状分裂常见于粗粒岩石，如花岗岩、砂岩等第一节风化作用热力风化-矿物组成的原因常见于潮湿，及日夜温度徘徊于冰点上下的地方。岩石经冻融风化作用后可产生棱角状的碎石。第一节风化作用4、盐风化1、盐晶增长①某些盐分当温度降低时，溶解度也迅速降低。夜间温度降低，从水中盐结晶析出；②强烈的蒸发，使一些高度溶解的盐分析出；③离子效应：主要阳离子相同的两种溶液混合后会导致晶体的析出。2、水化作用(Hydration)——不含水的矿物与水分子结合，生成新的矿物发生水化作用时，水分被吸收，盐分体积增大，对周围岩石产生压力，不同的盐分产生不同的水合压力，其中硬石膏变成石膏时获得的水合压力最大。CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O硬石膏经水化形成石膏后，其体积膨胀60％，对围岩施加巨大的压力，其本身也可造成物理风化作用，加速岩石崩解。3、盐的热膨胀盐分的热膨胀与岩石矿物的热膨胀不一样，岩石空隙中盐的膨胀要大于矿物，不过盐分的热膨胀不及盐分结晶和水化作用产生的效果。在海岸地带．岩石终年受到含有盐分的波浪冲击，也有利于盐结晶作用的进行。热带荒漠地区，含盐分的水通过毛细管作用到达岩石表面，水分蒸发后出现结晶。二、化学风化溶解作用水解作用水化（水合）作用碳酸化作用氧化作用岩石在大气，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。第一节风化作用1.溶解作用极易溶矿物：主要为K+、Na+的各种化合物，包括卤化物、氟化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和硅酸盐等。易溶矿物：主要为Ca++、Mg++、Fe+++、Mn++、Al+++、Cu++的卤化物和硫酸盐等。微溶矿物：主要为Ba++、Sr++、Zn++和Ag+等的硫酸盐类。难溶矿物：主要为Zn++、Ca++、Mg++的硅酸盐和Cu++、Pb++的碳酸盐。极难溶矿物：主要为Fe+++、Al+++等的氢氧化物等。水对矿物的直接溶解。食盐石膏方解石橄榄石辉石角闪石滑石蛇纹石绿帘石正长石黑云母白云母石英。造岩矿物的溶解度大小：按溶解度的大小，常见的矿物可被分为5类：第一节风化作用2.水化（水合）作用物理风化与化学风化的过渡类型温带湿润地区赤铁矿遇水后变为针铁矿CaSO4+2H20=CaSO4·2H2O硬石膏——石膏Fe2O3+nH2O=Fe2O3·nH2O赤铁矿——褐铁矿3.水解作用(Hydrolysis)KOH随水流失；次生矿物高岭土则残留原地SiO2·nH2O为胶体。温带气候:可能会凝聚成蛋白石残留热带亚热带湿热气候:与KOH真溶液一起随水流失高岭土在热带亚热带湿热气候条件下，还可以进一步水解，将SiO2析出，形成铝土矿：水中离解的OH–离子与造岩矿物（硅酸盐矿物）中的离解出来的金属阳离子（通常K+,Na+,Ca2+,Mg2+）结合形成新的矿物，从而使造岩矿物分解。Al2(Si2O5)(OH)4+nH2O→Al2O3.nH2O+2SiO2+2H2O(高岭石)水铝石（铝土矿）2KAlSi3O8+2H2O→2HAlSi3O8+2KOH2HAlSi3O8+9H2O→Al2Si2O5(OH)4+2H4SiO4水解作用水解作用长石水解作用长石水解作用第一节风化作用4.碳酸化作用大气和土壤中的CO2与水化合可形成碳酸，并在水溶液中部分电离：CO2+H2O←→H2CO3H2CO3←→H++HCO3－HCO3－←→H++CO32－碳酸电离后形成的H+离子增加了水的溶解能力，使某些矿物更易溶解，并发生化学变化形成新的矿物，如正长石经碳酸化后可形成高岭土：K2O·Al2O3·6SiO2+CO2+H2O→Al2O3·2SiO2·2H2O+K2CO3+4SiO2K2CO3是易溶盐，SiO2呈胶体状态，在碱性溶液中不能凝聚，故和K2CO3一起随水流失，只有高岭土残留原地形成高岭土矿。第一节风化作用含有CO2的水溶液对矿物的分解过程5.氧化作用在空气中，水中和地下一定的深度中都有大量的游离氧，氧化作用是岩石实现化学风化的一个极重要的形式。许多变价元素在地下缺氧条件下常形成低价元素矿物，当其出露地表以后，在地表氧化环境中，这些低价元素矿物极不稳定，容易被氧化形成新的矿物。如黄铁矿经氧化后可形成褐铁矿：2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO412FeSO4+3O2+6H2O→4Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3Fe2(SO4)3+6H2O→2Fe(OH)3+3H2SO4黄铁矿被氧化后形成褐铁矿，不仅使原来的矿物发生了化学变化，它产生的硫酸为另一种硫酸化作用创造了条件，另一方面褐铁矿密度低，体积大，它还可造成盐风化这样的物理风化。第一节风化作用氧化作用第一节风化作用Oxidation/Rusting生物物理风化植物在其生长过程中，其根系对岩石施加的劈裂、穿凿和动物的挖掘作用生物化学风化生物在新陈代谢过程中:一方面，吸取养分，改变岩石化学风化环境，促进元素的迁移另一方面，分泌有机酸之类的化合物，溶解和腐蚀岩石（螯合作用）生物在其生长过程中对岩石所起的物理的和化学的风化作用三、生物风化第一节风化作用第一节风化作用第一节风化作用风化作用的相互促进1.物理风化加大岩石的隙度和增加岩石表面积，使岩石获得了较好的渗透性和透气性，使更多的水分、气体和微生物等的侵入，促进化学风化作用的进行。2.化学风化在改变岩石化学成分和性质的同时，也在改变其物理性质。化学风化使岩石变软变弱有利于进一步物理风化3.生物活动加速物理化学风化作用.一般说来，物理风化只能使颗粒破碎到一定的粒径，大致0.02mm是其破碎粒径的下限。然而化学风化却能使岩石破碎到更小的粒径，直到胶体溶液和真溶液。从某种意义上说，化学风化使物理风化的继续和深入。第一节风化作用气候控制因素降水和温度地质岩性与抗风化性，岩石结构及地质构造，构造运动地形间接影响高度、坡度和坡形植被取决于气候、通过影响径流和渗透时间发育程度四、影响风化作用的因素第一节风化作用主要通过气温和降水量控制物理化学风化的速率。气温：气温的高低对矿物的溶解废、水溶液浓度和化学反应速度等有很大影响。高温加速风化速率温差（气温年较差和日较差）大，有利于物理风化作用的进行。降水：降雨量的多寡除影响地面冲刷外，对化学风化和生物风化起重要作用雨水多的地区，水溶液不易达到饱和，流动性较强，有利于元素的迁移，故化学风化作用较强。相反，雨水稀少的地区对化学风化作用不利。1、气候的影响第一节风化作用冰冻气候带－－冰劈作用，基本无化学风化；干旱、半干旱区－－温差风化为主，化学风化作用微弱；温暖潮湿区－－－化学风化显著，生物风化发育；炎热潮湿区－－－化学风化、生物风化强烈、彻底。第一节风化作用水热组合：不同气候带的风化第一节风化作用缓坡上的风化强度和深度比陡坡强。在低缓的平原和缓丘地区，地下水位高，水的流动速度慢，盐类在水溶液中容易饱和，不易淋失，其化学风化过程较慢。在高差较大的起伏山丘，地下水位较低，流动性也较强，岩石中的O2、CO2等参与风化的物质较多，水溶液不易达到饱和，盐类易于随水流失，故化学风化较强；但是因为坡度和地形切割较大，风化形成的残留物质容易被搬运，故风化壳一般较薄。地面的坡向也是影风化的一个重要地形因素。在阳坡，受太阳辐射的时间长，昼夜温差大，有利于物理风化的进行；而阴坡，气温的日较差较小，则不利于物理风化作用2、地形的影响第一节风化作用地貌通过影响水热再分配来影响风化作用地形坡度、高度和起伏的不同，使风化的深度、厚度和强度有所差别。岩石的抗风化能力取决于组成岩石的旷物成分，而各种矿物对化学风化的抵抗能力，即它们的相对稳定性差别很大第一节风化作用2.2矿物组成极易迁移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)2.地质因素岩浆岩比变质岩和沉积岩易于风化。岩浆形成于高温高压，矿物质种类多(内部矿物抗风化能力差异大).2.1岩石类型三大岩类抗风化的能力排序岩浆岩：酸性岩基性岩变质岩：浅变质深变质沉积岩：碎屑岩化学岩、生物岩不同矿物抗风能力不同（石英、方解石）火成岩中抗风化能力增强与鲍温反应系列相反单矿物岩石——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2.2矿物组成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……2.3岩石的结构风化作用集中在岩石先有的裂隙或软弱区域不同部位抗风化能力不同构造裂隙发育的岩层利于风化斜顶部：张裂隙发育断层带两侧节理裂隙…….2.4地质构造第一节风化作用孔隙是各种风化介质侵入岩石内部的通道。地质构造对风化的影响主要是通过影响孔隙的多少来完成。一般说来，断裂破碎带的裂隙、节理、层理十分发育，构造破碎，孔隙度大，这十分有利于风化作用的进行，故在断裂带内风化壳一般较厚。沿节理的风化岩性与风化差异风化：在相同的条件下，不同矿物组成的