第九章 风化作用
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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。
第九章地表形态及其演变第二节外营力地貌2.1 风化作用出露地表的岩石受太阳辐射、温度变化、水和生物等的作用,发生崩解破碎,形成大小不等的岩屑和沙粒的过程,称为风化作用。
风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化三种(见第五章4.1节)。
风化作用是地貌外营力的起始环节,是外营力地貌发育的前提条件,岩石只有在风化作用下崩解破碎,才能在重力和各种流体作用力——流水、风、冰川、波浪和洋流等——的作用下发生运动,塑造各种外营力地貌。
所以在不同地貌类型中可以存在多种风化作用。
风化作用对水、热、气在地表的重新分配和调节有显著影响。
例如,风化壳中的裂隙、孔隙有利于水、气的通透,毛细孔也能保持一定的水分,这对地下水和地表水的循环以及植物水分的供给等都有积极意义。
风化作用形成成土母质,是土壤发育的重要环节。
从地质循环角度看,风化作用为沉积岩的形成准备了沉积物质,它们经过搬运堆积和成岩作用后形成沉积岩。
有的岩石在一定的气候和地形条件下,经过风化作用形成风化矿场,例如高岭土、铝土矿、次生铜和镍。
稀土及砂矿等。
风化壳形成后,可能被新的堆积物覆盖,或在平缓的地形条件下保存下来成为古风化壳,这可以反映古气候和古地理环境的特征。
2.2 流水作用与流水地貌(1)流水作用地表流水分为坡面流水、沟谷流水和河流三大类。
坡面流水是雨水或冰雪融水在地表形成的薄层片流或细流,随地表起伏而流动,没有固定的流路,因而面状而均匀地冲刷地表松散物质。
如果植被稀疏、地表物质疏松、降水量多且强度大、坡面形态有利于加快径流流速和增多流水,那么坡面流水的侵蚀就强烈。
坡面流水冲刷下来的物质或汇入沟谷与河流,是江河泥沙的主要来源;或在缓坡、坡麓和洼地堆积,成为坡积物。
当坡面流水和细流增大到一定程度时,会自动汇集为线状集流,再进一步汇集成沟谷水流。
沟谷流水比较集中,有较固定的流路,其侵蚀能力比坡面流水显著增强,是形成沟谷地貌的主要营力。
沟谷进一步发展,或得到地下水补给,就形成有常流水的河谷,河谷中的常流水就是河流。
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。
第9章风化矿床§1 概述一、概念:1、风化矿床(mineral deposit by weathering process):指陆地表层的岩矿石在大气、水、生物等营力影响下发生物理的、化学的和生物化学的变化作用使有用组份聚集而形成的矿床。
2、风化作用(weathering process):指地壳最表层的岩石和矿石在大气、水、生物等营力影响下发生物理的、化学的和生物化学的变化作用2、风化产物:1)可溶物:溶解在溶液中的物质,如硫酸铜溶液;2)新生物:风化过程中形成的新矿物,如针铁矿,孔雀石等;3)残留物:原岩中化学性质较稳定的矿物,如石英,自然金等。
二、特点1、矿床产于地表的风化壳层,多为第三纪、第四纪岩层2、矿床具明显的垂直分带,自上而下:分解带、过渡带(半风化带)、原岩带3、矿体多呈面型,次为线型和喀斯特型(接触型),中小型为主4、矿石具脉状、土状、皮壳状、蜂窝状、多孔状、网格状构造5、矿石组份较稳定,如自然金、稀土元素,Fe、Mn、Al的氢氧化物和氧化物等。
三、研究意义:1、工业意义;某些风化矿床具有重要的工业价值,如红土型镍矿床的发现使镍的储量增长了4倍;前寒武系风化淋滤型富铁矿床不仅品位高,且出来十分巨大(如俄罗斯库尔斯克残余型富铁矿石约250亿吨,品位达64%,巴西米纳斯吉拉斯红土型铁矿150亿吨,中国江西高岭土矿不仅规模大且多为优质矿石)。
经济价值2、由于风化矿床多埋藏浅,故易于露天开采,3、可作为寻找隐伏原生矿床的找矿标志§2 形成条件一、原岩条件——内因1由表9-1可见,富铁镁的超基性岩利于形成铁镍矿床;中酸性岩有利于形成铝土矿、高岭土矿;基性岩既利于形成铁矿床,又可形成铝土矿床。
铁矿—基性、超基性岩,铝矿—中基性岩,镍矿—超基性岩,铜矿—基性岩2、造岩矿物的风化顺序橄榄石——紫苏辉石——普通辉石——黑云母——石英钙长石—钠钙长石—钠长石—钾长石—-白云母——石英3、元素迁移顺序:(按水迁移系数)P1891)强烈迁移的:Cl、Br、I、S,2)易迁移的:Ca、Mg、Na、K、F、Sr、Zn3)可迁移的:Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、SiO2(硅酸盐中的)、P4)惰性的:Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR…5)实际不迁移的:SiO2(石英)二、气候条件:高温、潮湿——最重要条件之一由于不同气候条件下生长发育不同类型生物,从而产生不同的风化作用1、温度:据实验,温度每增高10℃,水解反应速度就增加2-2.5倍,故低温极地不利于形成风化壳,热带、亚热带气温高、雨量充沛、生物活动力强,有利于形成风化壳。