9第九章风化作用1
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风化作用风化作用:通过物理、化学、生物等作用,使地表或接近地表的岩石、矿物逐渐崩解、疏松或改变化学成分,变成岩屑和砂土,这种现象叫风化,这种作用称为风化作用。
根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型:物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。
岩石受到温度变化、冻融作用和其它机械作用力的影响,产生崩解、破碎,改变块体大小,而基本上不改变其化学成分的现象称为物理风化。
例如,白天在太阳光线照射下,岩石表面很快被晒热,而其内部随深度增加,增温渐小。
在夜晚情况刚好相反,岩石表面很快散热冷却,而其内部冷却较慢,这就造成了岩石表里的冷热不均,收缩和膨胀的不协调,日久天长便会发生裂纹和裂隙,这就是坚硬岩石崩解的开始。
顺着岩石裂隙进入雨水,冬季寒冷使水结冰,体积膨胀,扩大岩石裂隙,随之泥沙、矿物质充填缝隙。
在干旱季节,缝隙中的盐类重新结晶,也会产生很强的撑胀作用。
这些物理的或机械的破坏作用都会使岩石崩解破碎。
岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下,发生溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化,这种引起岩石成分和性质的变化叫化学风化。
它使岩石中可溶的矿物逐步被溶蚀、流失或渗透到风化壳下层,重新沉积。
残留原地的或新形成的多为难溶的稳定矿物。
化学风化的结果使原岩中的缝隙加大,孔隙加密,破坏了原岩的结构和成分,甚至使坚硬的岩层变成松散的土层。
岩石在生物活动的影响下所产生的机械破坏和化学变化称为生物风化。
如生长在岩石裂隙中的植物,由于其根系逐渐加粗、增长,使岩石裂隙受到像楔子一样劈裂作用,不断地使岩石裂缝扩大加深。
植物根系在岩石缝中一般可深达几十厘米到1米左右,甚至可达十几米,对周围岩石可产生10—15公斤/厘米2的压力。
一些小动物的挖掘和穿凿活动也会加速岩石的破碎。
生活在岩隙和土壤中的动物和植物,在新陈代谢过程中不断分泌出各种化合物,如碳酸、硝酸和各种有机酸等,对岩石起着强烈的溶蚀和破坏作用。
特别是一些微生物的活动,作用非常明显,它们有的可以吸收空气中的氮制造硝酸,有的能吸收CO2制造碳酸,有的能吸收硫制造硫酸。
第一节风化作用类型一、风化作用概述矿物和岩石在地表条件下发生机械破碎和化学分解的过程-风化作用。
根据风化作用性质和作用方式,风化作用类型分为:物理、化学和生物风化作用。
(一)物理风化作用地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学成分,也不形成新矿物的作用过程-物理风化作用。
如,矿物岩石的热胀冷缩、冰劈作用、层裂和盐类物质结晶等均使岩石由大变小,以至完全破碎。
物理风化作用方式-热胀冷缩由于温差影响,尤其短时间温度骤变,岩石强烈热胀冷缩,发生破碎和剥落。
在沙漠地区,昼夜温差达70℃以上。
岩石由多种矿物组成,不同矿物具有不同的膨胀系数,差异性膨胀破坏了矿物间结合力,是岩石发生碎裂的主要原因。
冰劈作用水结冰时体积增加。
岩石裂隙中充填水,当温度降至0℃,水结冰过程发生膨胀,冻结和融化反复交替使岩石裂隙增多导致岩石崩裂。
层裂作用地下深处岩石,当上覆岩层被剥蚀,出露地表时压力消除,产生向上的膨胀力,形成平行于地面的裂隙。
盐类的潮解和结晶盐类物质夜间吸收水分溶解,白天蒸发失水结晶。
溶解与结晶交替。
(二)化学风化作用化学风化作用:受水、氧气和二氧化碳作用,地表岩石发生化学成分和矿物成分变化的作用过程。
作用方式:溶解、水化、水解、碳酸化和氧化作用等。
溶解作用水是溶剂,含有一定量的O2、CO2及其它物质,具较强的溶解能力。
不同矿物具有不同的溶解度:方解石>白云石>橄榄石>辉石>角闪石>长石>石英。
温度对矿物的溶解度有显著影响。
热带地区雨水充沛、气温高,岩石风化速率高。
水化作用矿物与水作用,吸收水分子加入到矿物晶格中,形成含水矿物。
如,CaSO4 + 2H2O CaSO4 ? 2H2O硬石膏石膏硬石膏转变为石膏,体积膨胀60%,对围岩产生压力。
同时,石膏溶解度较大,更加速岩石的风化和分解。
水解作用发生水解,形成含OH-的新矿物。
造岩矿物中硅酸盐和铝硅酸盐矿物易发生水解作用如:4K[AlSi3O8] + 6H2O Al4[Si4O10](OH)8+8SiO2+4KOHAl4[Si4O10](OH)8 + nH2O 2Al2O3?nH2O+ 4SiO2 + 4H2O溶于水中的CO2形成CO32-和HCO3-,与矿物中金属阳离子结合成易溶的碳酸盐而随水流失,原有矿物发生分解:CaCO3+CO2+H2O Ca2++2HCO3-4K[AlSi3O8] + 4H2O +2CO2 Al4[Si4O10](OH)8+8SiO2+2K2CO3氧化作用矿物中某些元素与氧结合形成新矿物:黄铁矿(FeS2)-硫酸亚铁(FeSO4)-硫酸铁[Fe2(SO4)3]-褐铁矿[Fe(OH)3]磁铁矿(Fe3O4)-褐铁矿[Fe(OH)3]大部分岩石和矿物中含有铁,氧化后使风化岩石表面常呈紫红色和铁褐色。
风化作用风化作用:通过物理、化学、生物等作用,使地表或接近地表的岩石、矿物逐渐崩解、疏松或改变化学成分,变成岩屑和砂土,这种现象叫风化,这种作用称为风化作用。
根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型:物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。
岩石受到温度变化、冻融作用和其它机械作用力的影响,产生崩解、破碎,改变块体大小,而基本上不改变其化学成分的现象称为物理风化。
例如,白天在太阳光线照射下,岩石表面很快被晒热,而其内部随深度增加,增温渐小。
在夜晚情况刚好相反,岩石表面很快散热冷却,而其内部冷却较慢,这就造成了岩石表里的冷热不均,收缩和膨胀的不协调,日久天长便会发生裂纹和裂隙,这就是坚硬岩石崩解的开始。
顺着岩石裂隙进入雨水,冬季寒冷使水结冰,体积膨胀,扩大岩石裂隙,随之泥沙、矿物质充填缝隙。
在干旱季节,缝隙中的盐类重新结晶,也会产生很强的撑胀作用。
这些物理的或机械的破坏作用都会使岩石崩解破碎。
岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下,发生溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化,这种引起岩石成分和性质的变化叫化学风化。
它使岩石中可溶的矿物逐步被溶蚀、流失或渗透到风化壳下层,重新沉积。
残留原地的或新形成的多为难溶的稳定矿物。
化学风化的结果使原岩中的缝隙加大,孔隙加密,破坏了原岩的结构和成分,甚至使坚硬的岩层变成松散的土层。
岩石在生物活动的影响下所产生的机械破坏和化学变化称为生物风化。
如生长在岩石裂隙中的植物,由于其根系逐渐加粗、增长,使岩石裂隙受到像楔子一样劈裂作用,不断地使岩石裂缝扩大加深。
植物根系在岩石缝中一般可深达几十厘米到1米左右,甚至可达十几米,对周围岩石可产生10—15公斤/厘米2的压力。
一些小动物的挖掘和穿凿活动也会加速岩石的破碎。
生活在岩隙和土壤中的动物和植物,在新陈代谢过程中不断分泌出各种化合物,如碳酸、硝酸和各种有机酸等,对岩石起着强烈的溶蚀和破坏作用。
特别是一些微生物的活动,作用非常明显,它们有的可以吸收空气中的氮制造硝酸,有的能吸收2制造碳酸,有的能吸收硫制造硫酸。
1什么叫风化作用?它有哪几种类型?影响风化的因素有哪些?风化作用的工程意义如何?岩石风化的调查应注意哪些问题?如何防治岩石的风化?答:岩石发生物理、化学性质变化称为风化,引起岩石这种变化的作用称为风化作用;被风化的岩石圈表层称为风化壳。
风化作用的类型1) 物理风化热力风化地球表面受大阳辐射引起气温变化冻融风化岩石孔隙或裂隙中的水冻结成冰体积增大 9%,产生压应力――冰冰劈作用。
2) 化学风化溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用氧化作用3) 生物风化生物风化是指生物在生长和分解过程中直接或间接地对岩石矿物所起的物理和化学的风化作用。
影响风化作用的因素1) 气候因素2) 地形因素3) 地质因素岩石风化的勘查评价与防治1) 岩石风化的调查内容主要有:A 查明风化程度,确定风化层的工程性质,以便考虑建筑物的结构和施工的方法。
B查明风化厚度和分布,以便选择最适当的建筑地点,合理地确定风化层的清基和刷方的土石方量,确定加固处理的有效措施。
C 查明风化速度和引起风化的主要因素,对那些直接对响工程质量和风化速度快的岩层,必须制定预防风化的正确措施。
D 对风化层的划分,特别是粘土的含量和成分(蒙脱石、高岭石、水云母等)进行必要分析,因为它直接影响地基的稳定性。
2) 岩石风化的防治方法主要有(1)挖除法适用于风化层较薄的情况,当厚度较大对通常只将严重繁响建筑物稳定的部分剥除。
(2)抹面法用使水和空气不能透过的材料如沥青、水泥、粘土层等覆盖岩层。
(3)胶结灌浆法用水泥、粘土等浆液灌入岩层或裂隙中,以加强岩层的强度,降低其透水性。
(4)排水法为了减少具有侵蚀性的地表水和地下水对岩石中可溶性矿物的溶解,做排水工程。
2.简述河漫滩的形成过程。
并说明何谓二元结构?答:河流洪水期淹没的河床以外的谷底部分。
它由河流的横向迁移和洪水漫堤的沉积作用形成。
平原区的河漫滩比较发育。
由于横向环流作用,V字形河谷展宽,冲积物组成浅滩,浅滩加宽,枯水期大片露出水面成为雏形河漫滩。
第九章风化作用风化作用风化作用的类型风化作用的方式影响风化作用的因素风化作用的产物第一节风化作用的类型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。
根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型:物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用★物理风化作用在地表或接近地表条件下,岩石、矿物在原地产生的机械破碎而不改变其化学成分的过程。
★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。
★生物风化作用生物对岩石、矿物产生的破坏作用。
第二节风化作用的方式地表岩石时时刻刻都在与大气、水和生物接触,不断地进行着各种方式的风化作用。
归纳起来,风化作用的方式可分为物理的方式:包括岩石的释荷,岩石的热胀冷缩,水的冻融;化学的方式:包括氧化作用、溶解作用、水化作用和水解作用;此外就是生物的作用。
第二节风化作用的方式物理的方式岩石的释荷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。
第二节风化作用的方式岩石的热胀冷缩温差大的地区,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。
这种生应力差就会使岩石破裂。
第二节风化作用的方式水的冻融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。
第二节风化作用的方式盐类的结晶与潮解在降水量小于蒸发量的干旱、半干旱地区,地表或接近地表的岩石空隙中含盐分较多。
白天气温较高,在烈日烤晒之下,水分不断蒸发,地下水通过毛细作用向上迁移,空隙中盐分的浓度不断增加,当盐分浓度增大至过饱和时,就要结晶,体积就会增大,对裂隙周围产生压力,扩大裂隙空间,最终使岩石破碎。