第四章 风化作用

• 由未移动过的残积物构成的一类风化壳 称为自形壳，其特征是全部由原岩风化 而成。在风化过程中，从自形壳中带出 或加入某些化学元素，构成了次生壳。 目前大多数地质工作者对风化壳的理解 基本上是那些未经移动的、原生的自形 壳。风化壳的形成是各种风化作用及其 影响因素共同作用的结果。
风化壳厚度与环境因素的对应关系
岩石遭受冻结风化的现象
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我国酸雨主要分布在长江以南、 青藏高原以东地区，酸雨的破 坏逐年加重，区域也在逐渐扩 大，造成了严重的经济损失。 据统计，酸雨造成的损失每年 高达20亿元以上。
4.3 岩石性质对风化作用的影响
4.3.1 岩石的结构构造 对风化作用的影响
岩石中的一些原生的次生的构造将 影响风化作用的进程，形成一些特 殊的风化地貌。
第四章 风 化 作 用
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研究不同地区、不同构造单元中风化壳 的不同性质和发育程度，对工程建筑具 有重要意义，尤其是工程的地基处理， 对工程的稳定性至关重要。如高层建筑 物、铁路路基的地基稳定，水库库底的 渗漏问题等，都需要对风化壳进行详细 的调查研究。
古风化壳对古气候、古环境 及构造活动等具有指示意义
4.4.2 风化作用的相关矿产
不 同 环 境 中 化 学 风 化 的 速 度 迥 然 不 同
4.2.3 酸雨的形成及破坏作用
• 酸雨是指pH值<5.6的降水 • 酸雨是最严重的污染之一，世界上的许多地 方都发生过酸雨事件。 • 酸雨是工厂排放的酸性气体，造成空气污染， 并经过复杂的大气物理化学过程，通过大气 降雨的形式重新返回地面。酸雨中所含的酸 性物质主要是硫酸和硝酸。煤炭燃烧排出的 二氧化硫和石油燃烧排出的氮氧化物是酸雨 形成的主要原因。
岩石中经常存在一些原生的或次生的节理，节 理的交会处是风化作用容易进行的地方，并逐渐地 形成球形风化。
球形风化示意图
球 形 风 化
岩石中的原生流面构造形成了板状风化
板状风化
4.3.2 岩石的物质成分 对风化作用的影响
岩石的物质成分不但影响了化学风化 的过程，也同样影响了物理风化的过程。 岩石中不同的物质成分具有不同的物理 特征，还会形成不同的结构、构造，形 成差异风化。
层 状 剥 落
• 温度风化的原因是由于昼夜温差和季节温 差的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩 而引起的。岩石通常是由多种矿物组成的， 不同的矿物具有不同的膨胀系数，在温度 变化过程中会导致岩石中矿物之间的结合 力减弱，最终松弛崩解。即便是成分较为 均一的岩石，由于存在着岩石的各向异性， 甚至是晶格结构的差异，也可以造成热胀 冷缩的差异，导致岩石的风化。 • 温度风化在温差大的地区最为强烈，特别 是昼夜温差大、空气干燥、缺少植被地地 区，因此温度访华沙漠地区最为盛行。
• 气候与环境同样是影响化学风化过程的重要 因素。干燥炎热的气候使得氧化作用容易进 行，潮湿的气候则使得溶解作用、水解作用 易于发生。地形会影响气候条件，山地的垂 直分带现象会影响温度风化作用和生物风化 作用的进行。山的阴坡和阳坡因为日照的条 件不一样，在阳坡一面通常温度风化作用较 为强烈。地下水的性质特征、地球化学场、 构造活动性等环境因素也都影响化学风化作 用的进程。
残积型金刚石的形成
4.4.3 土 壤
具有肥力、含 有有机成分， 并有特殊结构 类型的陆地表 面层称为土壤
土壤的分层
• 腐殖质聚集层（A）具有大量的植物残骸， 其主导作用是腐殖质的积聚 • 残积层（B）主要是土壤层的内部风化，以 物质的带出为主导，大多存在粘土矿物 • 淋积层（C）主要积聚从其他层带来的物质 • 母岩（D）未经土壤形成作用的岩石
4.1 物 理 风 化
• 由于温度作用或机械作用引起岩石发 生崩解、破坏，但又不改变其化学成 分的风化过程称为物理风化。 • 引起物理风化的因素也是多种多样的。 在一些情况下风化过程是由于岩石自 身的原因和温度变化的作用，而没有 外部机械营力的作用，称这种风化作 用为温度风化。由于外部营力的机械 作用使岩石发生崩解的过程称为机械 风化。
4.2.2影响化学风化作用的因素
• 岩石的地球化学特征 • 有机界的作用 • 环境与气候
岩石的地球化学特征是影响化学风化作用 的主要因素。不同的岩石由于化学成分的 不同，其化学活动性也明显不同（主要表 现在原子价、离子半径、离子亲和力、化 合能力和极化能力等方面），容易被氧化、 溶解的岩石出露区，总是化学风化作用较 为强烈的地段。同一岩石中由于不同矿物 成分的差异，也会造成风化作用的差异。
4.2.1 化学风化的方式及过程
氧化作用
氧化作用是地球表面最为活跃的风化作用 形式之一，氧化作用通常使一些具有多种 化学性质的元素由低价氧化物转变为高价 氧化物。如： FeS2+nO2+mH2O FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe2O3•nH2O
溶解作用
溶解作用是化学风化过程的另一种常见的形式。含有CO2 或者 其他酸性气体的水，可以使岩石发生溶解。对于一些蒸发盐类， 如石膏、岩盐等，水的溶解作用表现尤为明显。
• 机械风化是外部营力作用使岩石发生机 械破坏的结果。水在冻结过程中由于密 度降低，体积增大，会产生巨大的破坏 力。当水进入岩石的孔隙或裂隙中，如 果产生冻结过程，其相应的膨胀力可以 导致岩石发生解体，尤其是周期性的冻 结作用，很容易把岩石破坏成较小的块 体，这种风化作用称为冻结风化。
冻结风化示意图
由于岩石中矿物的抗风化能力不 同，随着风化作用的进行，风化 壳将保留某些特殊的矿物或成分， 形成特殊的矿产。
• 残积型沙矿：如锡石、金刚石、自 然金、铂等 • 残余型矿床：如高岭土矿、铝土矿、 钴土矿等 • 风化壳型铁矿是风化壳矿产最重要 的矿产类型之一 • 风化壳矿床通常与基岩地分布范围 一致，是寻找原生矿床的标志
大气降水的酸度过高，可能会使生态系 统受到破坏，毁坏森林、干扰农作物的 光合作用，甚至造成毁灭性的破坏。一 九八二年六月十八日，重庆市下了一场 酸雨，使郊区2万亩水稻叶片突然枯黄， 几天后局部枯死。
建酸 筑雨 物还 、能 加腐 速蚀 风金 化属 作结 用构 的、 进破 程坏
酸雨可使土壤、湖泊、河流 酸化，导致水生生物的结构发 生变化，破坏生态平衡。一些 发达国家在发展中曾经造成湖 泊的严重酸化，导致鱼类死亡。
土 壤 的 剖 面
A B
C
D
ห้องสมุดไป่ตู้
白云质灰岩中的刀砍状、太婆脸构造
布 满 苔 藓 的 雕 像
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水化作用
水化作用是指水与原生矿物组合并形成 新矿物的过程，如： CaSO4+2H2O CaSO4•2H2O
无水石膏与石膏之间在一定条件下是可 逆的。
水解作用
复杂的水解作用对于硅酸盐类和铝硅酸盐类岩 石的风化具有特别重要的意义。这种作用过程 包括分解矿物、带出某些元素、与氢氧离子组 合、水化作用等，如长石通过中间形式形成高 岭石的过程： K(AlSi3O8) (K,H3O)Al2(OH)2(AlSi4O10) Al4(OH)8(Si4O10)
生 物 的 机 械 风 化 作 用
黄山的迎客松就生长在岩石的裂缝中
4.2 化 学 风 化
• 整个岩石的风化过程始终伴随着或强或弱 的化学风化作用，甚至在某些时候起到关 键的作用，反映了风化作用过程中不同作 用因素相互间的密切关系。 • 物理风化作用使岩石破碎的同时增大了岩 石受风化的面积，化学风化改变了岩石的 化学成分，形成了适合新的物理－化学条 件下的平衡，加速了物理风化的进行。 • 化学风化作用有以下一些主要方式：
差 异 风 化
4.4 风化作用的产物
• 岩石遭受风化作用后其最终结果是形 成各种风化作用的产物。 • 残积物 未移动的残留在援敌的风化 产物 • 倒石堆 风化作用崩落的碎石、泥砂和 其他残积物构成的锥形堆积物，分选 性、磨圆度都很差 • 风化壳 岩石圈上部各种残积物的总和
倒 石 堆
4.4.1 风 化 壳