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1、第十二章 风化作用第一页，本课件共有27页 第十二章第十二章 风化作用风化作用 WeatheringWeathering 第一节第一节 风化作用的类型风化作用的类型风化作用的定义：风化作用的定义：风化作用（weathering)是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地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。第二页，本课件共有27页一物理风化一物理风化1.1.定义：定义：地表岩石在外力（大气、水、生物）作用下发生地表岩石在外力（大气、水、生物）作用下发生的机械破碎作用而不改变其化学
2、成分的过程称物的机械破碎作用而不改变其化学成分的过程称物理风化作用。理风化作用。2.2.特征特征:机械风化与破碎机械风化与破碎不能改变化学成分不能改变化学成分,不会形成新矿物不会形成新矿物温差大的沙漠、戈壁及干寒地区表现明显温差大的沙漠、戈壁及干寒地区表现明显第三页，本课件共有27页二化学风化作用二化学风化作用1.1.定义定义:在地表或接近地表的条件下，岩石矿物在原在地表或接近地表的条件下，岩石矿物在原地发生化学变化并可产生新矿物的过程叫化地发生化学变化并可产生新矿物的过程叫化学风化作用。学风化作用。2.2.特征特征:不仅破坏岩石，而且使其化学成分变化、并形不仅破坏岩石，而且使其化学成分变化、
3、并形成新矿物。成新矿物。1.1.化学风化作用的主要因素是氧和水溶液。化学风化作用的主要因素是氧和水溶液。最终产物只有少数几种，如残余红土、残余高岭石、最终产物只有少数几种，如残余红土、残余高岭石、石英等。石英等。温湿的南方地区表现明显。温湿的南方地区表现明显。第四页，本课件共有27页三生物风化作用三生物风化作用1.1.定义定义:生物活动引起的岩石物理与化学变化生物活动引起的岩石物理与化学变化2.2.特征：特征：包括物理与化学变化。包括物理与化学变化。通过植物的根劈作用和钻孔生物进行生物通过植物的根劈作用和钻孔生物进行生物物理风化作用，通过有机酸和二氧化碳进行物理风化作用，通过有机酸和二氧化碳进
4、行生物化学风化作用。生物化学风化作用。微生物的化学风化作用可以非常强烈，有微生物的化学风化作用可以非常强烈，有些可以用来采矿（微生物采矿）。些可以用来采矿（微生物采矿）。第五页，本课件共有27页 第二节第二节 风化作用的方式风化作用的方式1.1.物理风化的四种方式物理风化的四种方式(1)(1)热涨冷缩方式热涨冷缩方式（温差大的沙漠、戈壁）（温差大的沙漠、戈壁）岩石里外受热不一致岩石里外受热不一致,在表面温度大于在表面温度大于5050 度时，就会产生鳞片状层层剥落。度时，就会产生鳞片状层层剥落。矿物的膨胀系数不同，石英矿物的膨胀系数不同，石英31103110-6-6，长，长 石石17101710
5、-6-6，使内部构造破坏，使内部构造破坏,完整的岩石完整的岩石 不断松散破碎。不断松散破碎。昼夜温差大于季节性温差时昼夜温差大于季节性温差时,物理风化的物理风化的 表现就特别明显表现就特别明显.夏季新疆沙漠地区、冰达坂的实例夏季新疆沙漠地区、冰达坂的实例(昼夜温差达昼夜温差达60-7060-70多度多度).).第六页，本课件共有27页砂岩的柱状风化砂岩的柱状风化第七页，本课件共有27页(2)(2)冰劈作用冰劈作用(干寒区干寒区)岩石裂隙中的水结冰后体积会增大，达岩石裂隙中的水结冰后体积会增大，达 到一定限度后岩石就会崩解滚落。到一定限度后岩石就会崩解滚落。条件：条件：a.a.岩石有贯通的空隙，
6、可使水渗入岩石有贯通的空隙，可使水渗入 并流动（封闭空隙如气孔不行）；并流动（封闭空隙如气孔不行）；b.b.有足够的水分；有足够的水分；c.c.温度常在冰点上下波动。温度常在冰点上下波动。干寒区（乌市）的马路、道路与经济发展干寒区（乌市）的马路、道路与经济发展第八页，本课件共有27页第九页，本课件共有27页 层裂或卸载作用层裂或卸载作用fracture&unloadingfracture&unloading 深部岩石上升减压会造成向上或向外深部岩石上升减压会造成向上或向外的膨涨的膨涨,产生与地面平行的膨胀节理产生与地面平行的膨胀节理.这种现象称层裂或卸载作用。这种现象称层裂或卸载作用。黄山没有
7、层理的花岗岩区黄山没有层理的花岗岩区;新疆凝灰新疆凝灰岩地区岩地区;南方采石场。南方采石场。席理构造：由卸载作用产生的裂隙以平席理构造：由卸载作用产生的裂隙以平行或近平行地表者最为发育，常呈大片行或近平行地表者最为发育，常呈大片层层剥落，故称席理构造。层层剥落，故称席理构造。第十页，本课件共有27页 盐分结晶撑裂作用盐分结晶撑裂作用岩石中多含盐类岩石中多含盐类,这些盐分在晚上因吸收大这些盐分在晚上因吸收大气水分会潮解气水分会潮解,并渗入岩石内部，溶解所经并渗入岩石内部，溶解所经岩石中盐分。白天烈日照晒岩石中盐分。白天烈日照晒,使地下水沿岩石使地下水沿岩石裂隙上升蒸发裂隙上升蒸发,岩石中盐分饱和
8、结晶、撑裂岩岩石中盐分饱和结晶、撑裂岩石。石。如此反复如此反复,使岩石崩解。使岩石崩解。发生在蒸发量大于降水量的半干旱地区。（哈发生在蒸发量大于降水量的半干旱地区。（哈密）密）第十一页，本课件共有27页二、二、化学风化五种方式化学风化五种方式(1)(1)溶解作用溶解作用 水溶液溶解岩石的某些易溶成分，水溶液溶解岩石的某些易溶成分，使岩石松软、破碎、崩解的过程。使岩石松软、破碎、崩解的过程。易溶物质的流失将导致岩石空隙加大易溶物质的流失将导致岩石空隙加大,硬度减少，硬度减少，易于破碎。易于破碎。大多数矿物可溶解于水，但溶解度不同。大多数矿物可溶解于水，但溶解度不同。每公斤每公斤2525度的纯水中
9、，可溶解：度的纯水中，可溶解：1/340g1/340g云母云母,1/115g,1/115g滑石滑石,1.5/100g,1.5/100g方解石方解石,2.1g,2.1g硬硬石膏石膏,320g,320g岩盐岩盐 影响溶解度的因素：温度、压力、影响溶解度的因素：温度、压力、PHPH值。值。第十二页，本课件共有27页 水化作用水化作用指水与矿物接触后，水以分子的形式直接指水与矿物接触后，水以分子的形式直接参与到矿物的晶格中，从而形成新的含水参与到矿物的晶格中，从而形成新的含水矿物的过程。矿物的过程。硬度降低：含水矿物的硬度一般低于原硬度降低：含水矿物的硬度一般低于原来的无水矿物，削弱岩石的抗风化能力。
10、来的无水矿物，削弱岩石的抗风化能力。体积膨胀：挤压围岩，促进物理风化。体积膨胀：挤压围岩，促进物理风化。第十三页，本课件共有27页 水解作用水解作用 弱酸强碱盐或强酸弱碱盐弱酸强碱盐或强酸弱碱盐,遇水会解离成带遇水会解离成带不同电荷的离子，这些离子分别与水中的不同电荷的离子，这些离子分别与水中的H H+、OHOH-发生反应，形成含发生反应，形成含OHOH-的新矿物，称的新矿物，称为水解。为水解。与水反应引起自身分解形成新矿物的与水反应引起自身分解形成新矿物的过程称水解作用。过程称水解作用。水解：钾长石水解：钾长石高岭土高岭土(富集富集)+SiO)+SiO2 2(带走带走)+K(OH)()+K(
11、OH)(带走带走)进一步水解：高岭土进一步水解：高岭土铝土矿铝土矿(耐火材料富集耐火材料富集)+SiO)+SiO2 2(带走带走)第十四页，本课件共有27页碳酸化作用碳酸化作用 含含COCO2 2的水溶液和某些矿物中的水溶液和某些矿物中K K、NaNa、CaCa等金等金属阳离子结合属阳离子结合,可形成随水迁移的碳酸盐矿物。可形成随水迁移的碳酸盐矿物。如如 钾长石钾长石+H+H2 2O+COO+CO2 2高岭土（富集）高岭土（富集）+8SiO+8SiO2 2+2K+2K2 2COCO3 3斜长石易碳酸化斜长石易碳酸化,可使很硬的花岗岩被瓦解！可使很硬的花岗岩被瓦解！碳酸钾有利于植物生长碳酸钾有利
12、于植物生长,因而花岗岩地区因而花岗岩地区(富富 长石长石)植被发育。植被发育。第十五页，本课件共有27页 氧化作用氧化作用 矿物被氧化后可形成新矿物；在地表富氧条矿物被氧化后可形成新矿物；在地表富氧条件下某些矿物中的元素可从低价变为高价。件下某些矿物中的元素可从低价变为高价。如如 黄铁矿或磁铁矿黄铁矿或磁铁矿褐铁矿（见褐铁矿（见P P138138）松散褐铁矿及反应中产生的硫酸松散褐铁矿及反应中产生的硫酸,导致岩石破坏。导致岩石破坏。地表褐铁矿常是地下大矿的表层标志地表褐铁矿常是地下大矿的表层标志,称为铁帽。称为铁帽。含黄铁矿较多的岩石不宜作建筑、装潢材料。含黄铁矿较多的岩石不宜作建筑、装潢材料
13、。暗色矿物黑云母、角闪石含量高的花岗岩，容暗色矿物黑云母、角闪石含量高的花岗岩，容易风化，不是好的建筑材料。易风化，不是好的建筑材料。第十六页，本课件共有27页 淋滤风化：孔洞状奥陶纪灰岩（玉山，唐朋摄）淋滤风化：孔洞状奥陶纪灰岩（玉山，唐朋摄）第十七页，本课件共有27页云南元谋：土林云南元谋：土林第十八页，本课件共有27页化化学学风风化化-褐褐铁铁矿矿晕晕圈圈 第十九页，本课件共有27页三三生物风化生物风化1.植物的植物的根劈根劈作用作用苏州天平山花岗岩中的根劈、天山雪莲的根劈苏州天平山花岗岩中的根劈、天山雪莲的根劈snow lotussnow lotus2.生物分泌的有机酸生物分泌的有机酸
14、3.生物腐烂分解的有机酸生物腐烂分解的有机酸人类对风化作用的促进：人类对风化作用的促进：矿山滥采和爆破、长江沿岸化工厂的污水排放，矿山滥采和爆破、长江沿岸化工厂的污水排放，导致环境污染，严重危害人类生存条件，同时导致环境污染，严重危害人类生存条件，同时也对岩石起着破坏改造作用。也对岩石起着破坏改造作用。第二十页，本课件共有27页 第三节影响风化作用的因素第三节影响风化作用的因素一一气候气候 北方北方:花岗岩花岗岩(低山、圆滑的山头低山、圆滑的山头););灰岩灰岩(高山高山)南方南方:花岗岩花岗岩(高山峻岭高山峻岭),),灰岩灰岩(低山溶洞低山溶洞)二二地形地形 高度高度(高易遭风化高易遭风化)
15、,),起伏起伏(易带走风化物易带走风化物),),坡向坡向(南坡易风化）南坡易风化）三三岩石性质岩石性质1 1成分成分：单矿物岩石抗风化强，如石英单矿物岩石抗风化强，如石英,膨胀、膨胀、收缩系数相同；收缩系数相同；2 2早结晶者易风化早结晶者易风化：火成岩中矿物的风化能力火成岩中矿物的风化能力 与鲍曼反应系列中的晶出顺序一致与鲍曼反应系列中的晶出顺序一致。第二十一页，本课件共有27页3 3结构结构 疏松的结构易风化疏松的结构易风化(雨花台砾石层雨花台砾石层););坚硬的岩石抗风化力强坚硬的岩石抗风化力强(硅化带硅化带)。4 4节理发育者易风化节理发育者易风化:试剑石、石桌试剑石、石桌(苏州苏州
16、虎丘），鲫鱼背（黄山）虎丘），鲫鱼背（黄山）四、球状风化四、球状风化 节理包围的碎块，在化学风化（水溶液）、节理包围的碎块，在化学风化（水溶液）、物理风化（温度变化）下，棱角消失，圆化成物理风化（温度变化）下，棱角消失，圆化成球状；以化学风化为主。球状；以化学风化为主。花岗岩、闪长岩、辉长岩、厚层砂岩花岗岩、闪长岩、辉长岩、厚层砂岩,块状、等粒块状、等粒岩石易形成球状风化岩石易形成球状风化;与结核的区别是成分是否一致。与结核的区别是成分是否一致。第二十二页，本课件共有27页第二十三页，本课件共有27页 第四节第四节 风化作用的产物风化作用的产物一一风化产物的类型风化产物的类型 1.1.不同的岩
17、石有不同的风化产物不同的岩石有不同的风化产物 2.2.风化产物构成风化产物构成 a.a.碎屑碎屑:机械风化的碎块机械风化的碎块 b.易溶物质：易溶物质：KaKa，NaNa，CaCa，Mg Mg c.难溶物质：难溶物质：FeFe，AlAl 3.3.研究风化产物的目的研究风化产物的目的:推测母岩的性质、推测母岩的性质、寻找原生矿体寻找原生矿体Au,Cu,NiAu,Cu,Ni等等.二二残积物残积物：岩石风化后残留原地的物质：岩石风化后残留原地的物质,以风化壳为标志。以风化壳为标志。第二十四页，本课件共有27页1.1.基岩上由风化产物组成的不连续的薄层叫风基岩上由风化产物组成的不连续的薄层叫风 化壳。
18、化壳。2 2.典型特征典型特征：没有层理、底界起伏、结构松散，：没有层理、底界起伏、结构松散，代表不整合面代表不整合面(造山事件结束造山事件结束)。3.3.风化壳典型剖面风化壳典型剖面:土壤土壤(粘土、细小石英颗粘土、细小石英颗 粒、植物的根粒、植物的根)残积物残积物半风化岩半风化岩 基岩基岩4 4.五种气候带的风化壳类型五种气候带的风化壳类型：寒带（碎屑型）、：寒带（碎屑型）、温带（硅铝粘土型）、亚热带（富硅铝即红温带（硅铝粘土型）、亚热带（富硅铝即红土型）、热带（硅铝土型）、热带（硅铝-碳酸盐型）、干热带碳酸盐型）、干热带（硅铝氯化物、硫酸盐型）（硅铝氯化物、硫酸盐型）.古风化壳能帮助恢复
19、古气候和寻找地下水。古风化壳能帮助恢复古气候和寻找地下水。第二十五页，本课件共有27页第二十六页，本课件共有27页 本章重点本章重点1 1 概念：概念：风化，风化，侵蚀侵蚀；剥蚀；机械风化，剥蚀；机械风化，化学风化，生物风化；卸载作用，化学风化，生物风化；卸载作用，球状风化球状风化；残积物，；残积物，风化壳风化壳。2 2 基本特征：机械风化特征，化学风化特征，基本特征：机械风化特征，化学风化特征，风化壳特征与研究意义风化壳特征与研究意义3 3 思考：思考：三种风化作用（机械、化学、生物）三种风化作用（机械、化学、生物）之间是如何联系的。之间是如何联系的。我国南方风化特征与北方风化特征我国南方风化特征与北方风化特征 的类型、差别和原因。的类型、差别和原因。第二十七页，本课件共有27页