第二章风化作用.ppt

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1、第二章第二章风化作用化作用 第四章第四章 风化作用风化作用 Weathering Weathering停留原地的风化为离开原地的剥蚀创造了条件，停留原地的风化为离开原地的剥蚀创造了条件，为去伪存真恢复变形地壳的原貌提供科学依据。为去伪存真恢复变形地壳的原貌提供科学依据。若无风化会带来一系列麻烦若无风化会带来一系列麻烦 第一节第一节 风化作用的类型风化作用的类型一物理风化一物理风化1.1.定义：地表岩石在外力（大气、水、生物）作用定义：地表岩石在外力（大气、水、生物）作用 下发生的机械破碎作用或化学分解作用。下发生的机械破碎作用或化学分解作用。2.2.特征特征:机械风化与破碎机械风化与破碎 不能

2、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2.2.物理风化四方式物理风化四方式(1)(1)热涨冷缩方式（温差大的沙漠、戈壁）热涨冷缩方式（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17101710-6-6，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

3、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(昼夜昼夜 温差达温差达60-7060-70多度多度).).砂岩的柱状风化砂岩的柱状风化(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，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

4、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 层裂或卸载作用层裂或卸载作用fracture&unloading fracture&unloading 深部岩石上升减压会造成向上或向外的膨涨深部岩石上升减压会造成向上或向外的膨涨,产产生与地面平行的膨胀节理生与地面平行的膨胀节理.黄山没有层理的花岗岩区黄山没有层理的花岗岩区;新疆凝灰岩地区新疆凝灰岩地区;南方采石场。南方采石场。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气水分这些盐分在晚上因吸收大气水分会潮解会潮解,并渗入岩石内部，溶解所经岩石中盐分

5、。白并渗入岩石内部，溶解所经岩石中盐分。白天烈日照晒天烈日照晒,使地下水沿岩石裂隙上升蒸发使地下水沿岩石裂隙上升蒸发,岩石中岩石中盐分饱和结晶、撑裂岩石。盐分饱和结晶、撑裂岩石。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。（哈密）发生在蒸发量大于降水量的半干旱地区。（哈密）二化学风化作用二化学风化作用1 1.特征特征:不仅破坏岩石，而且使其化学成分变化、并形成不仅破坏岩石，而且使其化学成分变化、并形成 新矿物。新矿物。岩石在水、氧、二氧化碳作用下岩石在水、氧、二氧化碳作用下,产生化学分解。产生化学分解。温湿的南方地区表现明显。温湿的南方地区表现明显。2 2.化

6、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 使矿物发生部分溶解分化的作用。使矿物发生部分溶解分化的作用。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,加速剥蚀。加速剥蚀。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，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硬石膏硬石膏,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。水化作用

7、水化作用 矿物加水会形成含水矿物矿物加水会形成含水矿物(CaSO(CaSO4 4+2H+2H2 2O=CaSOO=CaSO4 42H2H2 2O),O),从而使体积膨胀、硬度降低。从而使体积膨胀、硬度降低。有些矿物能吸收一定水参加到矿物晶格中，有些矿物能吸收一定水参加到矿物晶格中，形成含水分子的矿物。形成含水分子的矿物。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。水解：

8、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(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)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

9、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。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 P136136）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

10、潢材料。含黄铁矿较多的岩石不宜作建筑、装潢材料。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。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）云南元谋：土林云南元谋：土林化化学学风风化化-褐褐铁铁矿矿晕晕圈圈 三生物风化三生物风化:生物活动引起的岩石物理生物活动引起的岩石物理与化学变化与化学变化1.植物的根劈作用植物的根劈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

11、有机酸3.生物腐烂分解的有机酸生物腐烂分解的有机酸4.人类的破坏：矿山滥采和爆破、长江人类的破坏：矿山滥采和爆破、长江沿岸化工厂的污水排放，导致环境污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，同时也染，严重危害人类生存条件，同时也对岩石起着破坏改造作用。对岩石起着破坏改造作用。（5 5）根劈作用根劈作用（6 6）人为机械破坏作用人为机械破坏作用人类活动所导致的风化 第二节控制岩石风化的因素第二节控制岩石风化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

12、溶洞)二二地形地形 高度高度(高易遭风化高易遭风化),),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。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、

13、石桌试剑石、石桌(苏州苏州 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。第三节第三节 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.不同的岩石有不同的风化产物不同的岩石有

14、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.第三节第三节 风化作用的产物风化作用的产物二二各类造岩矿物及其风化产物各类造岩矿物及其风化产物 各种造岩矿物抵抗风化作用的能力，亦即它们在风化作用条件下的稳定性，是很不相同的。石英：石英：岩石中的主要造岩矿物。石英在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶

15、解作用，一般只发生机械破碎作用。在风化以及搬运和沉积作用的过程中，风化稳定性较低的矿物逐渐地被破坏从而相对地减少，而风化稳定性高的石英却逐渐地相对富集事来。长石：长石：风化稳定性次于石英。在长石类矿物中，钾长石的稳定性较高，多钠的酸性斜长石次之，中性斜长石又次之，多钙的基性斜长石最低。因此，在沉积岩中钾长石多于斜长石。云母类云母类 云母类中白云母的抗风化能力较强，所以它在沉积岩中相当常见。1）白云母在风化中析出钾和加入水，先变为水白云母，最后可变为高岭石。2）黑云母风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水，常转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等。铁镁硅酸盐矿物铁镁硅酸盐矿物 如橄榄石、辉石、角闪石等，

16、它们的抗风化能力比石英、长石、云母都低得多，其中以橄榄石最易风化，辉石次之，角闪石又次之。这些矿物在风化产物中保留较少，故在沉积岩中较少见。粘土矿物粘土矿物 如高岭石、蒙脱石、水云母等，本来就是在风化条件下或者沉积环境中生成的，在风化带中相当稳定。但是，在一定的条件下，它们也还会发生变化，转变为更加稳定的矿物，如铝土矿、蛋白石等。碳酸盐矿物（如方解石、白云石等），风化稳定性甚小，很易溶于水并转移，因此在碎屑沉积岩碳酸盐矿物（如方解石、白云石等），风化稳定性甚小，很易溶于水并转移，因此在碎屑沉积岩中很难看到它们。只有在干旱的气候条件下，在距母岩很近的快速搬运和堆积的沉积物中，才可能看到中很难看到

17、它们。只有在干旱的气候条件下，在距母岩很近的快速搬运和堆积的沉积物中，才可能看到由它们组成的岩屑。由它们组成的岩屑。硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等，它们的硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等，它们的风化稳定性最低，最易溶于水，多呈真溶液状流失走。风化稳定性最低，最易溶于水，多呈真溶液状流失走。在岩浆岩及变质岩中常见的一些次要矿物或副矿物，其风化稳定性的差别是很大的。风化稳定性在岩浆岩及变质岩中常见的一些次要矿物或副矿物，其风化稳定性的差别是很大的。风化稳定性较大的一些次要矿物和副矿物，如石榴石、锆英石、刚玉、

18、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十较大的一些次要矿物和副矿物，如石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等，在沉积岩中常作为碎屑重矿物出现。字石、蓝晶石、独居石、红柱石等，在沉积岩中常作为碎屑重矿物出现。第三节第三节 风化作用的产物风化作用的产物三残积物：岩石风化后残留原地的物质三残积物：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。（1 1）残积物类型）残积物类型 a.a.原岩岩屑原岩岩屑 b.b.风化残余矿物风化残余矿物 c.c.地表新生矿物地表新生矿物（2 2）残积物结构构造）残积物结构构造全风化带、半风化基岩带、未风化基岩

19、带全风化带、半风化基岩带、未风化基岩带四、风化壳四、风化壳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。化壳。2 2.典型特征：没有层理、底界起伏、结构松散，典型特征：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：寒带（碎屑型）、温带（硅铝粘土型）、亚热带（富硅铝即红五种气候带的风化壳类型：寒带（碎屑型）、温带（硅铝粘土型）、亚热带（富

20、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。五、土壤五、土壤1.1.土壤土壤 土壤是以各种风化产物或松散堆积物为母质层，经过生物化学作用为主的成土作用改造而成。土壤是以各种风化产物或松散堆积物为母质层，经过生物化学作用为主的成土作用改造而成。土壤的结构（腐殖层、淋溶层、淀积层）土壤的结构（腐殖层、淋溶层、淀积层）2 2、土壤类型、土壤类型 土土壤壤类类型型主主要要取取决决于于气气候候（决决定定水水热热条条件件）和和植植被被（有有机机

21、质质来来源源），而而植植被被发发育育程程度度又又受受气气候候控控制制。因因此此，当当气气候候条条件件发发生生变变化化时时，土土壤壤也也会会为为适适应应新新的的气气候候条条件件而而改改变变土土壤壤类类型型，故故土土壤壤呈呈现现可可逆逆性性变变化化，这这是是它它与与风风化化壳壳的的重重要要区区别别。气气候候分分布布其其有有地地带带性性，所所以以 土土壤壤的的类类型型在在地地球球上上也也呈呈地地带带性性分分布布。如如我我国国主主要要土土壤壤类类型型的的分分布布，就就具具有有十十分分明明显显的的地地带性特征。带性特征。气候类型与土壤类型及中国的土壤分布 砖红壤型土壤是砖红壤和红壤之间的过渡类型 火星土

22、壤余姚大岚有个余姚大岚有个“火焰山火焰山”一是这块区域地势比较高，一些带有养分的土壤被流水冲走，导致这里沙土的养分不足，植物不能生长。二是红色土壤一般呈酸性，颜色越深，酸性也就越高。这片土壤颜色这么红，酸性很强，导致植物不能生长。第四节第四节 风化作用的阶段及产物风化作用的阶段及产物（1）碎屑残积阶段a.主要发生物理风化b.元素和化合物几乎不迁移；c.产生的是一些岩屑和矿物碎屑（2）钙质残积阶段a.CI，SO4几乎全部迁移；b.铝硅酸盐开始分解；c.Ca2+、Mg2+、Na+、K+大部分迁移；d.介质呈碱性e.产生水云母、蒙脱石；f.地碱性条件下，CaCO3开始堆积 第四节第四节 风化作用的阶

23、段及产物风化作用的阶段及产物（3）硅铝残积阶段 a.Ca2+、Mg2+、Na+、K+已全部迁移。b.Si的迁移已开始增多；c.介质呈酸性；d.常形成高岭石矿物（4）铁铝残积阶段 a.全部可移动元素都已迁移；b.介质呈碱性或中性；c.常形成铝土矿、褐铁矿等矿物 本章重点本章重点1 1 概念：风化，概念：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；残积物，风化壳。球状风化；残积物，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：三种风化作用（机械、化学、生物）思考：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。