第十章-风化作用

外能是地球外部来源的能量，主要有太阳辐射能、日月引力能、重力能。外动力地质作用的范围只限于地表表层几米至几公里深度以内。包括风化作用、水流、冰川等外表的地质作用。矿物、岩石形成时有一定的物理、化学条件，通常是地下高温高压条件。当它们露出地表后，改变了物理、化学条件时，岩石、矿物稳定性将要受到破坏。岩石可以破碎，也可以化学分解，或形成新的矿物。第十章风化作用风化作用：是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散堆积物的全过程。它发生以后，原来高温高压下形成的矿物被破坏，形成一些在常温常压下较稳定的新矿物，构成陆壳表层风化层，风化层之下的完整的岩石称为基岩，露出地表的基岩称为露头。一、机械（物理）风化作用岩石和矿物发生机械破碎而不改变其化学成分的风化作用，称为机械（物理）风化作用，它是由于温度变化及岩石空隙中水和盐分的物态变化引起的，作用方式主要有：第一节风化作用的类型机械风化作用、化学风化作用、生物风化作用(1)不同矿物胀缩系数不一，相互脱落。(2)表里不一。白天，表面受晒膨胀，晚上，表面冷缩，内部受热开始胀。1、岩石的热胀冷缩2、冰劈作用贮藏在地表岩石空隙中的液态水，当温度下降到摄氏零度以下时，就会结冰，结冰后的体积体积增大1／11左右空隙中产生巨大的，这种压力就会岩石裂开。在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。岩石从地下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力形成一系列与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙构造的作用称为剥离作用。3、岩石的释荷4、盐分结晶的撑裂作用（晶劈作用）岩石中含有的潮解性盐类，在夜间阴吸收大气中的水分而潮解，其溶液渗入到岩石内部，并将沿途所遇到的盐类溶解；白天在烈日照晒下，水分蒸发，盐类结晶，对周围岩石差生压力。依此往复，使岩石崩裂。二、化学风化作用地表或接近地表条件下，岩石、矿物在原地发生化学变化而分解并产生新物质的过程。通过化学反应，使那些在地表条件下不稳定的矿物变成另一种新的矿物(它适应地表环境)。进行方式：1.氧化作用空气中含有20.1%的氧，当岩石和矿物暴露于地表或位于地表层时，与氧充分接触，发生一系列氧的反应化学。黄铁矿FeS2(++)氧化成褐铁矿Fe2O3.H2O(3+)，由铜黄色变为褐红色，颜色变深，结构变疏松。在地表称铁帽，地下连着矿床。2.溶解作用任何矿物都溶于水，只是溶解度有大有小。CaCO3+CO2+H2O--Ca(HCO3)2方解石(重碳酸钙)石林海蚀柱海蚀柱在高倍的电子显微镜下，可以看到残余的长石被腐蚀并被粘土包裹的样子。3、水解作用：水的电离产物(H+及OH-)进入矿物晶格，分别取代阳离子和阴离子，从而使矿物解体形成新的含水矿物的过程。4.水合作用有些矿物吸引一定数量的水。石膏+H2O--硬石膏经过彻底的化学风化作用，一切活泼的元素均从矿物中风化出来并随水流失，只有性质稳定的元素舅Fe，Mn，Al，Ni等才残留原地，如果这些元素富集到具有工业价值时，就成为残余矿床。第二节风化作用的方式生物的作用生物的化学风化作用是通过生物的新陈代谢及生物死亡后的遗体腐烂分解来进行的。植物和细菌在陈代谢中常常析出有机酸及CO2。这些物质一方面酸化土壤，另一方面腐蚀岩石。三、生物风化作用生物的生命活动过程和尸体腐烂分解过程对岩石的破坏作用有机械和化学两种方式：1、生物的机械风化作用植物根对岩石的破坏，蚯蚓等钻洞，人类活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。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。2.生物的化学风化作用生物死亡后，腐烂分解形成一种腐植质(胶状的物质)，是一种有机酸，对岩石起腐蚀作用。地壳表层岩石经机械破碎，化学风化后形成的松散物，再经过生物的化学风化作用，增加了有机物质---腐殖质，这种具有腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫做土壤。风化作用的速度主要取决于自然地理条件和组成岩石的矿物性质。一、气候条件气候寒冷或干燥地区，生物稀少，寒冷地区降水以固态形式为主，干旱区降水很少。以物理风化作用为主，化学和生物风化为次。岩石破碎，但很少有化学风化形成的粘土矿物，以生物风化为主形成的土壤也很薄。第二节影响风化作用的因素气候潮湿炎热地区，降水量大，生物繁茂，生物的新陈代谢和尸体分解过程产生的大量有机酸，具有较强的腐蚀能力，故化学风化和生物风化都十分强烈，形成大量粘土，在有利的条件下可形成残积矿床。可形成较厚的土壤层。二、地形条件地形影响气候，间接影响风化作用；另一方面，陡坡上，地下水位低，生物较少，以物理风化为主.地势平坦，受生物影响较大，化学风化作用为主。1.成分(1)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)岩浆岩中基性岩比酸性岩易于风化，基性岩中暗色矿物较多，颜色深，易于吸热、散热。(3)沉积岩易溶岩石(如石膏、碳酸盐类等岩石)比其它沉积岩易于风化。三、岩石性质差异风化：在相同的条件下，不同矿物组成的岩块由于风化速度不等，岩石表面凹凸不平；或由不同岩性组成的岩层，抗风化能力弱的岩层形成相互平行的沟槽，砂岩、页岩互层，页岩呈沟槽。通过差异风化，我们可以确定岩层产状。2.岩石的结构构造(1)岩石结构较疏松的易于风化；(2)不等粒易于风化，粒度粗者较细者易于风化；(3)构造破碎带易于风化，往往形成洼地或沟谷。球形风化：在节理发育的厚层砂岩或块状岩浆岩中，岩石常被风化成球形或椭圆形，这种现象叫做球形风化，它是物理风化为和化学风化联合作用的结果。球形风化的主要条件有：(1)岩石具厚层或块状构造；(2)发育几组交叉裂隙；(3)岩石难于溶解；(4)岩石主要为等粒结构。被三组以上裂隙切割出来的岩块，外部棱角明显，在风化作用过程中，棱角首先被风化，最后成球状。风化作用的产物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。残积物岩石经过长期风化作用后，形成一些在地表条件稳定的产物，（多为铁、铝的氧化物）残留原地。风化壳残积物、土壤在陆地的地表形成的一层不连续薄壳（层）。土壤残积层基岩风化壳第三节风化壳及其研究意义风化壳可由一层残积物组成，也可由几层风化分解程度不同的残积物组成，而且层与层之间常逐渐过渡而无明显分界线。由于风化作用以地表最强烈，并向深处减弱，故具垂直分带。一个完整的风化壳在剖面上，从下往上可分为以下几层：层1：未经风化的基岩.层2：半风化层，岩石机械破碎成碎块.层3：残积层，物理和化学风化，由下而上，风化程度由浅至深，碎屑颗粒由大变小.层4：土壤层，经受长期物理风化、化学风化和生物风化作用，形成土壤。在没有生物风化作用的地区土壤层缺失.风化壳的厚度和成分因地而异，一般潮湿炎热气候区，风化壳厚度大，并有可能形成Fe，Mn，Al，Ni等残积矿床(风化壳型矿床)，干旱地区风化壳薄，常仅数十厘米且结构简单。古风化壳：风化壳若为后来沉积物所覆盖，则称为古风化壳。风化壳的研究意义(1)地壳运动与古地理：长期稳定或隆起，风化壳得以充分发育，古风化壳代表古代沉积间断，发育构造运动。(2)古地理：陆地，不同气候条件，风壳物征不一。(3)矿产：残余型矿床，残积砂矿床(金、金刚石)。(4)工程建设：对近代埋藏的风化壳应填重对待。某水库工程对风化壳厚度估计不够，蓄水后坝下渗漏严重。