《风化作用资料优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风化作用资料优秀PPT.ppt（81页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章第三章 风化作用风化作用第一节风化作用的类型第一节风化作用的类型物理风化，化学风化，生物风化物理风化，化学风化，生物风化其次节风化阶段其次节风化阶段物理风化为主的阶段，化学风化为主的阶段：富钙阶物理风化为主的阶段，化学风化为主的阶段：富钙阶段，富硅铝阶段，富铝阶段段，富硅铝阶段，富铝阶段第三节影响风化作用的因素第三节影响风化作用的因素气候因素，地形因素，地质因素气候因素，地形因素，地质因素第四节残积物、风化壳与古土壤第四节残积物、风化壳与古土壤第一节第一节 风化作用风化作用的类型的类型定义：地表岩石与矿物在太阳辐射、大气、定义：地表岩石与矿物在太阳辐射、大气、水和生物参与下理化性质发生变
2、更，颗粒细化，水和生物参与下理化性质发生变更，颗粒细化，矿物成分变更，从而形成新物质的过程。矿物成分变更，从而形成新物质的过程。分类：通常分为物理风化、化学风化、生物分类：通常分为物理风化、化学风化、生物风化风化风化作用是一种岩石在原地遭遇破坏的作用。化作用是一种岩石在原地遭遇破坏的作用。破坏下来的破坏下来的产物除部分被水溶液物除部分被水溶液带走外，一般不走外，一般不发生生显著的位移，著的位移，这是与其它外是与其它外动力作用最明力作用最明显的区的区分。分。必需指出，必需指出，风化作用与化作用与风的地的地质作用，在概念作用，在概念上是毫不相关的。上是毫不相关的。一、物理风化一、物理风化概念：岩石
3、发生物理疏松崩解等机械破坏的概念：岩石发生物理疏松崩解等机械破坏的过程，一般不引起化学成分的变更，以温度变更过程，一般不引起化学成分的变更，以温度变更为主要影响因素，破坏只使岩石由大块变为小块，为主要影响因素，破坏只使岩石由大块变为小块，再变成细沙，细粉，最终变成岩土。再变成细沙，细粉，最终变成岩土。物理风化的主要缘由有：物理风化的主要缘由有：（一）御荷剥离作用（一）御荷剥离作用岩石卸荷释重引起的剥离作用，形成于地壳岩石卸荷释重引起的剥离作用，形成于地壳深处的岩石，后来受到地壳抬升，释放了原来受深处的岩石，后来受到地壳抬升，释放了原来受压的应力，由此引起岩体膨胀，当膨胀超过弹性压的应力，由此引
4、起岩体膨胀，当膨胀超过弹性限度，岩石就发生裂开。限度，岩石就发生裂开。在花岗岩分布地区由于岩石完整，物质匀整，在花岗岩分布地区由于岩石完整，物质匀整，裂开面少，因而这种缘由引起的物理风化最常见。裂开面少，因而这种缘由引起的物理风化最常见。岩石卸荷岩石卸荷释释重引起物理重引起物理风风化化Photograph by Peter L.Kresan花花岗岗岩岩经经物理物理风风化后片状剥落化后片状剥落Photograph by Peter L.Kresan因温度变更引起岩因温度变更引起岩石体积发生膨胀与收缩石体积发生膨胀与收缩作用（右图）：作用（右图）：左边揭示了风化的左边揭示了风化的缘由，侧重了温度变
5、更缘由，侧重了温度变更对岩石的破坏作用；对岩石的破坏作用；右边显示了风化的过程。右边显示了风化的过程。（二）热力风化作用（二）热力风化作用球状风化形成的石蛋球状风化形成的石蛋球状风化形成的石蛋球状风化形成的石蛋较坚硬地层突起，较懦弱岩层凹入，形成差异风化较坚硬地层突起，较懦弱岩层凹入，形成差异风化 （三）冻融风化（冰劈作用）（三）冻融风化（冰劈作用）形成过程：形成过程：存在存在于岩石裂隙中的水，在气于岩石裂隙中的水，在气温达到冰点凝固结冰时体温达到冰点凝固结冰时体积膨胀，使岩石裂隙加宽积膨胀，使岩石裂隙加宽加深。加深。冰溶化时，水冰溶化时，水沿着扩大了的裂隙向更深沿着扩大了的裂隙向更深处渗入，
6、再次冻结处渗入，再次冻结 如此反复，以致把岩石崩如此反复，以致把岩石崩解成碎块。解成碎块。冰辟作用在气温常在冰辟作用在气温常在00上下变更的亚寒上下变更的亚寒带潮湿地区最显著。带潮湿地区最显著。冰劈作用示意冰劈作用示意裂隙充水（左）结冰后膨胀撑裂岩石（右）可可西里山北坡的风化地貌可可西里山北坡的风化地貌（四）（四）盐风盐风化作用化作用当岩石中的水溶解了大量当岩石中的水溶解了大量盐类时盐类时，一旦水分蒸，一旦水分蒸发发，浓浓度度渐渐渐渐达到达到饱饱和，和，盐类盐类再再结结晶，体晶，体积积增大，增大，从而从而产产生很大的膨生很大的膨胀胀力，其机理与冰劈作用力，其机理与冰劈作用类类似。似。盐结盐结晶
7、作用通常和干旱气候有关，因晶作用通常和干旱气候有关，因为为猛烈的猛烈的加加热热引起猛烈蒸引起猛烈蒸发发，从而，从而产产生生盐结盐结晶作用。晶作用。盐结盐结晶晶作用在海岸作用在海岸带带也很活也很活跃跃。物理物理风风化作用化作用产产物就是在原地裂开的碎屑物。物就是在原地裂开的碎屑物。其特征主要有：其特征主要有：（1 1）裂开后的）裂开后的颗颗粒粗粒粗细细不等，棱角不等，棱角显显著，没著，没有有层层次；次；（2 2）多分布在水分岭上或斜坡上；）多分布在水分岭上或斜坡上；（3 3）碎屑物的成分与下覆基岩成分一）碎屑物的成分与下覆基岩成分一样样。二、化学二、化学风化化化化学学风化化作作用用是是指指大大气
8、气和和水水所所引引起起的的氧氧化化、溶溶解解、水水解解、水水化化等等作作用用对岩岩石石的的分分解解破破坏坏过程程。化化学学风化化作作用用使使岩岩石石的的矿物物成成分分发生生变更更，转变为地地表表稳定定的的新新矿物物。这是是与与物物理理风化化作作用的区分。用的区分。化化学学风风化化的的速速度度在在很很大大程程度度上上受受降降水水量量的的影影响响。世世界界上上没没有有一一个个地地方方是是永永久久干干旱旱的的，即即使使是是在在干干燥燥的的荒荒漠漠地地区区也也有有化化学学风风化化的的痕痕迹迹。所所以以它它属属于于世世界界范范围围的的作作用用。然然而而在在终终年年冰冰冻冻的的寒寒冷冷气气候候区区，化化学
9、学风化特别微弱。风化特别微弱。（一）溶解作用（一）溶解作用（dissolutiondissolution）水是一种很好的溶水是一种很好的溶剂剂，因，因为为水分子的偶极性，水分子的偶极性，使它能使它能够够同极性型或离子型的其它分子同极性型或离子型的其它分子产产生相互生相互吸引，致使将其他分子溶入其中，所以水是一种吸引，致使将其他分子溶入其中，所以水是一种好的溶好的溶剂剂。矿矿物物绝绝大部分都是离子型分子大部分都是离子型分子组组成的，成的，因此当它因此当它们们遇水后，就会不同程度地被溶解，形遇水后，就会不同程度地被溶解，形成水溶液并随水流失。成水溶液并随水流失。不不同同的的矿矿物物，溶溶解解度度差
10、差别别很很大大，如如在在常常温温下下（2020），纯纯水水对对云云母母的的溶溶解解度度为为0.0029g/0.0029g/；对对方方解解石石的的溶溶解解度度为为0.015g/0.015g/；对对岩岩盐盐的的溶溶解解度度为为320g/320g/。从从以以上上三三种种矿矿物物的的溶溶解解度度说说明明：在在自自然然界界，硅硅酸酸盐盐类类的的矿矿物物最最难难溶溶。碳碳酸酸盐盐、卤卤化化物物、硫硫酸酸盐盐等等较较易易溶溶解解。矿矿物物溶溶解解度度的的大大小小，一一方方面面确确定定于于化化合合物物的的性性质质，另另一一方方面面确确定定于于外外界界条条件件（水水和和水溶液的温度、水溶液的温度、压压力及力及C
11、O2 CO2 的含量等）。的含量等）。溶解作用的溶解作用的结结果是：易溶物果是：易溶物质质流失，流失，难难溶溶物物质质残留原地，岩石孔隙增多，硬度残留原地，岩石孔隙增多，硬度变变小，岩小，岩石被破坏。石被破坏。（二）水化作用（二）水化作用（hydration）是指水与矿物接触后，水以分子的而行之干是指水与矿物接触后，水以分子的而行之干脆参与到矿物的晶格中，从而形成新的含水矿物脆参与到矿物的晶格中，从而形成新的含水矿物的过程。的过程。例如：例如：CaSO4+2H20=CaSO42H2O硬石膏硬石膏石膏石膏Fe2O3+nH2O=Fe2O3nH2O赤铁矿赤铁矿褐铁矿褐铁矿水化作用形成的含水矿物变更了
12、矿物原有的内水化作用形成的含水矿物变更了矿物原有的内部结构，其硬度一般都低于原来的无水矿物，这样部结构，其硬度一般都低于原来的无水矿物，这样就减弱了岩石反抗风化作用的实力。就减弱了岩石反抗风化作用的实力。水化作用在某些条件下会使矿物体积发生膨胀。水化作用在某些条件下会使矿物体积发生膨胀。例如上面举的石膏的例子，例如上面举的石膏的例子，46cm3的硬石膏和的硬石膏和36cm3的水能形成的水能形成74cm3的石膏。这样体积的变更，的石膏。这样体积的变更，可以使挤压作用更显著，更简洁发生。可以使挤压作用更显著，更简洁发生。由于矿物体积的膨胀，会干脆，或通过挤压四由于矿物体积的膨胀，会干脆，或通过挤压
13、四周的围岩间接的对环境产生影响。反映在实际中，周的围岩间接的对环境产生影响。反映在实际中，就是对工程建设，道路设施造成不利影响。例如铁就是对工程建设，道路设施造成不利影响。例如铁路路基的上拱，马路路面的崩裂等。对于此类环境路路基的上拱，马路路面的崩裂等。对于此类环境中的工程设施，要特殊留意防水，防潮，防渗工作，中的工程设施，要特殊留意防水，防潮，防渗工作，避开或削减损失。避开或削减损失。（三）水解作用（三）水解作用（hydrolysishydrolysis）某些某些矿矿物一遇水就物一遇水就变变成成带氢带氢氧根离子（氧根离子（OHOH）的新的新矿矿物，物，这这种化学作用叫水解作用。种化学作用叫水
14、解作用。纯纯水是中性水是中性的，其的，其PHPH值为值为7 7，不，不显显酸性，也不酸性，也不显显碱性。但它具碱性。但它具有离解有离解实实力，其中一部分力，其中一部分别别解解为为H+H+和和OHOH离子。离子。当当弱弱酸酸性性碱碱盐盐或或强强碱碱性性组组成成的的矿矿物物遇遇水水时时，就就会会离离解解为为带带不不同同电电荷荷的的离离子子，这这时时它它们们分分别别与与水水中中的的 H H 和和 O OH H离离子子结结合合，生生成成新新的的化化合合物物（新新矿矿物物）。由由于于这这种种反反应应是是不不行行逆逆的的，离离解解与与化化合合不不 断断进进行行，直直 到到 原原 有有矿矿物物 被被 水水
15、解解 完完为为止止。例如地壳中广布的例如地壳中广布的长长石，就属于石，就属于强强碱弱酸碱弱酸盐矿盐矿物。物。这这种种矿矿物水解后形成高岭土、物水解后形成高岭土、氢氢氧化物溶液和氧化物溶液和二氧化硅胶体。反二氧化硅胶体。反应应式式为为：4KAlSi4KAlSi3 3O O8 8+6H+6H2 2O AlO Al4 4SiSi4 4O O1010OHOH8 8+8SiO+8SiO2 2+KOH+KOH钾长钾长石石 高岭土高岭土 胶体溶液胶体溶液 残留残留 流失流失（四）碳酸化作用（四）碳酸化作用（carbonation）自然界中的水很少是纯水，事实上是一种水自然界中的水很少是纯水，事实上是一种水溶
16、液。大气和土壤中的溶液。大气和土壤中的CO2与水化合可形成碳酸，与水化合可形成碳酸，并在水溶液中部分电离：并在水溶液中部分电离：CO2+H2O H2CO3H2CO3 HHCO3HCO3 HCO32碳酸电离后形成的碳酸电离后形成的H离子增加了水的溶解实力，离子增加了水的溶解实力，从而使某些矿物更易溶解，并发生化学变更形成新的从而使某些矿物更易溶解，并发生化学变更形成新的矿物。如正长石经碳酸化后可形成高岭土：矿物。如正长石经碳酸化后可形成高岭土：K2O AI2O3+6SiO2CO2H2O AI2O3 2SiO2 2H2O+K2CO3+4SiO2在上述过程中，形成的在上述过程中，形成的K2CO3是易
17、溶盐，是易溶盐，SiO2呈胶体状态，在碱性溶液中不能凝合，故和呈胶体状态，在碱性溶液中不能凝合，故和K2CO3一一起随水流失，只有高岭土残留原地形成高岭土矿。起随水流失，只有高岭土残留原地形成高岭土矿。（五）氧化作用（五）氧化作用（oxidationoxidation）指大气中的氧与指大气中的氧与矿矿物化合形成氧化物的作用。物化合形成氧化物的作用。在地下水面低，地形起伏大，岩石裂隙在地下水面低，地形起伏大，岩石裂隙发发育的温湿育的温湿地区，氧化作用地区，氧化作用进进行得比行得比较较充分，深度也大，甚至充分，深度也大，甚至可达百米以上，从地面到地下被氧化的地可达百米以上，从地面到地下被氧化的地带
18、带，叫氧，叫氧化化带带。自然界很多元素都具有与氧。自然界很多元素都具有与氧结结合的合的实实力，特力，特殊当岩石的殊当岩石的矿矿物中含有低价元素物中含有低价元素时时，大气中的氧会，大气中的氧会很快与之反很快与之反应应，转变为转变为地表地表稳稳定的新定的新矿矿物。物。常常见见的的例例子子如如硫硫化化物物中中的的黄黄铁铁矿矿（FeS2FeS2），经经风风化化后后就就转转变变成成了了褐褐铁铁矿矿（FeO33H2 FeO33H2 O O）。当当黄黄铁铁矿矿转转变变为为褐褐铁铁矿矿后后，不不仅仅矿矿物物成成分分发发生生了了变变更更，矿矿物物的的颜颜色色、比比重重、硬硬度度甚甚至至结结构构也也都都发发生生了
19、了变变更更，这这是反是反应应中中产产生的硫酸腐生的硫酸腐蚀蚀分解分解矿矿物的物的结结果。果。黄黄铁矿风铁矿风化后所形成的褐化后所形成的褐铁矿铁矿，一般留在原，一般留在原地，其它成分地，其它成分经经氧化形成易溶的氧化形成易溶的盐类盐类，被水，被水带带走，走，使氧化使氧化带带中中铁铁的含量大大增加。的含量大大增加。这这种富集在地表种富集在地表氧化氧化带顶带顶部的褐部的褐铁矿铁矿因成因成红红褐色，称褐色，称为铁为铁帽帽（gossangossan）。它的出）。它的出现现常常认为认为是找是找寻寻原生金属硫原生金属硫化化矿矿床的床的标记标记。（六）化学作用的（六）化学作用的产产物及特点物及特点由化学由化学
20、风风化作用残留在原地的化作用残留在原地的产产物叫化学残物叫化学残积积物物(eluvium)(eluvium)。这这些物些物质质往往呈松散状，其成分主要往往呈松散状，其成分主要是是铁铁、铝铝、硅的化合物，如褐、硅的化合物，如褐铁矿铁矿、铝铝土土矿矿、高岭、高岭土、蛋白石等。当残留物中土、蛋白石等。当残留物中铁质铁质少，少，铝质铝质多多时时，就，就形成形成红红色粘土，称色粘土，称为红为红土。我国南方很多省都能土。我国南方很多省都能见见到到红红土土积积累，有的地方厚达几十米。累，有的地方厚达几十米。三、生物风化作用三、生物风化作用 由生物的生命活动引起岩石的破坏过程称生由生物的生命活动引起岩石的破坏
21、过程称生物风化作用（物风化作用（biological weathering）。覆盖在）。覆盖在地球表面的生物圈，存在着多数的生物，它们在地球表面的生物圈，存在着多数的生物，它们在活动过程中必定对地球表面的物质产生作用。据活动过程中必定对地球表面的物质产生作用。据目前的探讨成果表明，任何一种矿物、岩石的破目前的探讨成果表明，任何一种矿物、岩石的破坏，在某种程度上或多或少都有生物作用的参与。坏，在某种程度上或多或少都有生物作用的参与。生物是通过物理的和化学的两个方面对岩生物是通过物理的和化学的两个方面对岩石进行破坏，因此又可分为生物物理风化作用石进行破坏，因此又可分为生物物理风化作用和生物化学风化
22、作用，但生物化学风化作用更和生物化学风化作用，但生物化学风化作用更为普遍些。为普遍些。（一）生物物理风化作用（一）生物物理风化作用由生物活动导致岩石的机械裂开过程称生物由生物活动导致岩石的机械裂开过程称生物物理风化作用，常见的一种形式就是根劈作用。物理风化作用，常见的一种形式就是根劈作用。生长在岩石裂隙中的植物，随着植物的长大，根生长在岩石裂隙中的植物，随着植物的长大，根系也渐渐长大膨胀，促使岩石裂隙扩大、加深，系也渐渐长大膨胀，促使岩石裂隙扩大、加深，以致崩解，这种作用在植被茂密、岩石裂隙发育以致崩解，这种作用在植被茂密、岩石裂隙发育的地区是特别常见的。的地区是特别常见的。根劈作用根劈作用（
23、二）生物化学风化作用（二）生物化学风化作用由于生物活动引起岩石化学成分变更而使岩石由于生物活动引起岩石化学成分变更而使岩石破坏的过程称生物化学风化作用。这种作用通常是破坏的过程称生物化学风化作用。这种作用通常是通过生物在新陈代谢过程中分泌出的物质和死亡之通过生物在新陈代谢过程中分泌出的物质和死亡之后腐烂分解出来的物质对岩石起化学反应完成的。后腐烂分解出来的物质对岩石起化学反应完成的。生物在新陈代谢过程中，一方面从土壤和岩石生物在新陈代谢过程中，一方面从土壤和岩石中吸取养分，而另一方面又分泌有机酸、碳酸、硝中吸取养分，而另一方面又分泌有机酸、碳酸、硝酸等酸类物质以分解矿物，促使矿物中一些活泼的酸
24、等酸类物质以分解矿物，促使矿物中一些活泼的金属阳离子（金属阳离子（Na+、K+）游离出来，一部分供生物）游离出来，一部分供生物吸取，另一部分随水溶液带走，从而使岩石裂开。吸取，另一部分随水溶液带走，从而使岩石裂开。生物死亡之后渐渐聚集起来，在还原环境下发生腐生物死亡之后渐渐聚集起来，在还原环境下发生腐烂分解，形成一种暗黑色胶状物质，称腐殖质，它烂分解，形成一种暗黑色胶状物质，称腐殖质，它含有机酸，对矿物、岩石有着腐蚀作用，使它们分含有机酸，对矿物、岩石有着腐蚀作用，使它们分解、裂开。解、裂开。（三）生物风化作用的产物及特点（三）生物风化作用的产物及特点地地表表的的岩岩石石在在物物理理、化化学学
25、风风化化作作用用之之后后，再再经经过过生生物物的的活活动动，就就不不会会再再是是单单纯纯由由无无机机物物组组成成的的松松散散物物质质了了。其其中中加加入入了了腐腐殖殖质质和和空空气气而而具具有有肥肥力力，这这叫叫土土壤壤（soilsoil）。可可见见土土壤壤是是风风化化作作用用的综合产物。的综合产物。球状风化球状风化球状风化球状风化风化作用无处不在风化作用无处不在狮身人面像能保留（狮身人面像能保留（40004000多年）缘由何在？多年）缘由何在？花岗岩块状风化花岗岩块状风化海边岩石的风化海边岩石的风化花岗岩风化作用花岗岩风化作用总之，上述的物理、化学、生物风化作用总之，上述的物理、化学、生物风
26、化作用都是具有独立意义的，但在多数状况下，它们都是具有独立意义的，但在多数状况下，它们是相互伴生、相互影响、相互促进的。只是在是相互伴生、相互影响、相互促进的。只是在不同的地区、不同的气候条件、不同的时期以不同的地区、不同的气候条件、不同的时期以某种风化作用为主，如在寒冷地区以冰劈作用某种风化作用为主，如在寒冷地区以冰劈作用为主，在湿热的地区化学风化作用猛烈。为主，在湿热的地区化学风化作用猛烈。一、物理风化为主的阶段一、物理风化为主的阶段 严格地说，物理风化与化学风化并不是一个严格地说，物理风化与化学风化并不是一个在先，另一个在后，而是同时进行地，即使在最在先，另一个在后，而是同时进行地，即使
27、在最寒冷、干旱的地区，也仍旧有化学风化过程存在；寒冷、干旱的地区，也仍旧有化学风化过程存在；在刚出露的簇新岩石的表面，由于和水与空气的在刚出露的簇新岩石的表面，由于和水与空气的接触，必定也会马上有化学风化的加入。接触，必定也会马上有化学风化的加入。其次节风化阶段其次节风化阶段但是在在上述两种状况下，所看到的岩石风但是在在上述两种状况下，所看到的岩石风化产物主要是粗大的岩石碎屑，很少有细粒的诸化产物主要是粗大的岩石碎屑，很少有细粒的诸如粘土之类的化学风化产物。这说明化学风化在如粘土之类的化学风化产物。这说明化学风化在岩石出露地表之初缺乏足够的发育时间；在高寒岩石出露地表之初缺乏足够的发育时间；在
28、高寒或干旱的地区，极低的气温顺稀有的降水抑制了或干旱的地区，极低的气温顺稀有的降水抑制了化学风化的进行，只有在相当长的时间内化学风化学风化的进行，只有在相当长的时间内化学风化才能形成较多的细粒物质。化才能形成较多的细粒物质。假如时间长的足够的话，仍有明显的化学假如时间长的足够的话，仍有明显的化学风化产物形成，在高山地区我们常见到冰碛之风化产物形成，在高山地区我们常见到冰碛之上发育有厚达几十厘米甚至更厚的土壤，这说上发育有厚达几十厘米甚至更厚的土壤，这说明即使在高寒地区化学风化照旧是旺盛的。岩明即使在高寒地区化学风化照旧是旺盛的。岩石在暴露之初，主要以机械裂开产生粗粒岩屑石在暴露之初，主要以机械
29、裂开产生粗粒岩屑为主，我们称这一时期为物理风化为主阶段。为主，我们称这一时期为物理风化为主阶段。假如条件许可，随着风化的进行，它会进假如条件许可，随着风化的进行，它会进入以化学风化为主的阶段。假如在坡度较大的入以化学风化为主的阶段。假如在坡度较大的坡地上，碎屑物质的运移快速，机械风化的物坡地上，碎屑物质的运移快速，机械风化的物质不断被搬运而走，簇新岩石不断出露，风化质不断被搬运而走，簇新岩石不断出露，风化作用也会长期停留于物理风化为主的阶段。作用也会长期停留于物理风化为主的阶段。二、化学二、化学风风化化为为主的主的阶阶段段化学化学风风化是一个极化是一个极为为困困难难的的过过程，一般将其分程，一
30、般将其分为为如下三个如下三个阶阶段。段。（一）富（一）富钙阶钙阶段段 风风化化进进入以化学入以化学风风化化为为主的主的阶阶段后，在其早期，段后，在其早期，岩石中的岩石中的K+、Na+等活性等活性较较强强的碱土金属阳离子首的碱土金属阳离子首先被水中的先被水中的H+置置换换，从，从矿矿物中离解出来；岩石中物中离解出来；岩石中的的氯氯化物和部分硫酸化物和部分硫酸盐盐多多为为易溶易溶矿矿物，它物，它们们也很快也很快溶于水中。溶于水中。溶溶于于水水中中的的活活性性阳阳离离子子和和卤卤化化物物、硫硫酸酸盐盐随随水水渐渐渐渐地地迁迁出出风风化化产产地地。而而岩岩石石中中诸诸如如CaCO3、MgCO3之之类类
31、的的碳碳酸酸盐盐是是难难溶溶盐盐类类，仅仅部部分分碳碳酸酸化化后后形形成成重重碳碳酸酸盐盐，随随水水流流失失。在在这这一一阶阶段段中中因因大大量量的的氯氯化化物物、硫硫酸酸盐盐的的流流失失，以以碳碳酸酸盐盐为为主主的的碳酸盐相对富集起来，故称为富钙阶段。碳酸盐相对富集起来，故称为富钙阶段。在在干干旱旱、半半干干旱旱气气候候条条件件下下，由由于于降降水水稀稀有有，蒸蒸发发量量大大于于降降水水量量，易易溶溶盐盐类类的的淋淋失失极极其其缓缓慢慢，碳碳酸酸盐盐类类不不仅仅没没有有淋淋失失，还还常常因因水水分分的的蒸蒸发发从从饱饱和和溶溶液液中中大大量量结结晶晶淀淀积积出出来来，风风化化作作用用长长期期
32、停停留留在在富富钙钙阶阶段段。富富钙钙阶阶段段所所形形成成的的主主要要矿矿物物为为方方解解石、菱铁矿、赤铁矿等。风化壳的石、菱铁矿、赤铁矿等。风化壳的SiO2/Al2O34。（二）富硅（二）富硅铝阶铝阶段段岩石岩石经过长经过长期的化学期的化学风风化后，不但化后，不但氯氯化物和硫化物和硫酸酸盐类盐类已基本淋失，碳酸已基本淋失，碳酸盐类盐类也大量迁移，甚至部也大量迁移，甚至部分分SiO2在水溶液呈碱性的状况下，也从在水溶液呈碱性的状况下，也从矿矿物中解离物中解离出来，溶于水形成硅酸真溶液或胶体溶液。出来，溶于水形成硅酸真溶液或胶体溶液。硅酸胶硅酸胶粒粒带负电带负电荷，当其与水溶液中的荷，当其与水溶
33、液中的负电负电荷胶体相遇荷胶体相遇时时，不易凝合，随水迁出不易凝合，随水迁出产产地；当其与地；当其与带带正正电电荷的胶体荷的胶体相遇相遇时时，发发生凝合，形成蛋白石，留在原地。生凝合，形成蛋白石，留在原地。在这一阶段，岩石中的铝硅酸盐还被风化成各在这一阶段，岩石中的铝硅酸盐还被风化成各种粘土矿物，氯化物、硫酸盐和碳酸盐类矿物的大种粘土矿物，氯化物、硫酸盐和碳酸盐类矿物的大量淋失，使岩石中的硅铝物质相对富集起来，故称量淋失，使岩石中的硅铝物质相对富集起来，故称化学风化的这一阶段为化学风化的这一阶段为富硅铝阶段富硅铝阶段。在温带潮湿、半潮湿地区，降水较足够，它大致在温带潮湿、半潮湿地区，降水较足够
34、，它大致等于或略高于蒸发量，这种环境可使氯化物、硫酸盐等于或略高于蒸发量，这种环境可使氯化物、硫酸盐和碳酸盐类矿物基本淋失，但又不能使氧化硅大量淋和碳酸盐类矿物基本淋失，但又不能使氧化硅大量淋走，故化学风化长期停留在富硅铝阶段。走，故化学风化长期停留在富硅铝阶段。在上述环境中气温较低，形成的粘土矿物一般为在上述环境中气温较低，形成的粘土矿物一般为蒙脱石和伊利石。风化层的蒙脱石和伊利石。风化层的SiO2/Al2O3一般在一般在24之间。之间。（三）富铝阶段（三）富铝阶段化学风化经过一个相当长的时期以后，在湿化学风化经过一个相当长的时期以后，在湿热的热带、亚热带地区，不但氯化物、硫酸盐和热的热带、
35、亚热带地区，不但氯化物、硫酸盐和碳酸盐类矿物完全淋失，而且铝硅酸盐矿物风化碳酸盐类矿物完全淋失，而且铝硅酸盐矿物风化形成的次生高岭土粘土矿物还被水解，使二氧化形成的次生高岭土粘土矿物还被水解，使二氧化硅从水中游离出来，形成氢氧化铝胶体和硅酸的硅从水中游离出来，形成氢氧化铝胶体和硅酸的真溶液或胶体。硅酸胶体一部分流失，另一部分真溶液或胶体。硅酸胶体一部分流失，另一部分沉淀下来；氢氧化铝很简洁凝合，形成水铝矿。沉淀下来；氢氧化铝很简洁凝合，形成水铝矿。在这种状况下，在这种状况下，SiO2的流失，但岩石风化物的流失，但岩石风化物中的铝相对富集起来，故这一阶段又称富铝阶段。中的铝相对富集起来，故这一阶
36、段又称富铝阶段。应当说明，应当说明，SiO2的风化须要较高的温度和较多的的风化须要较高的温度和较多的降水，富铝阶段的岩石风化一般仅出现在热带、降水，富铝阶段的岩石风化一般仅出现在热带、亚热带地区。这一阶段因亚热带地区。这一阶段因SiO2的大量流失，风化的大量流失，风化层的层的SiO2/Al2O3一般在一般在2以下。以下。岩石的岩石的风风化受两方面的因素限制，一是化受两方面的因素限制，一是风风化的化的条件，二是岩石本身的特征。条件，二是岩石本身的特征。一、气候因素一、气候因素降水和温度使限制岩石降水和温度使限制岩石风风化条件的两个主要因化条件的两个主要因素。昼夜温差和寒暑素。昼夜温差和寒暑变变更
37、幅度大的地区，有利于物更幅度大的地区，有利于物理理风风化的化的进进行；干旱地区行；干旱地区盐类盐类易于易于结结晶也有利于物晶也有利于物理理风风化。温度化。温度较较低抑制生物的新低抑制生物的新陈陈代代谢谢和化学反和化学反应应的速度，的速度，对对化学化学风风化也有重要的意化也有重要的意义义。第三节第三节影响风化作用的因素影响风化作用的因素在低温地区，生物的新陈代谢缓慢，分泌在低温地区，生物的新陈代谢缓慢，分泌的有机化合物较少，化学反应的速度也较低，的有机化合物较少，化学反应的速度也较低，水溶液易于饱和，故化学风化作用相对较弱；水溶液易于饱和，故化学风化作用相对较弱；在高温地区生物新陈代谢快速，分泌
38、的有机酸在高温地区生物新陈代谢快速，分泌的有机酸较多，化学反应速度较快，有利于化学风化的较多，化学反应速度较快，有利于化学风化的进行。进行。降水的多少对化学风化也有重要的作用，降水的多少对化学风化也有重要的作用，雨水多的地区，水溶液不易达到饱和，流淌性雨水多的地区，水溶液不易达到饱和，流淌性较强，有利于元素的迁移，故化学风化作用较较强，有利于元素的迁移，故化学风化作用较强。相反，雨水稀有的地区对化学风化作用不强。相反，雨水稀有的地区对化学风化作用不利。地球上各气候带的气温顺降水特征相互不利。地球上各气候带的气温顺降水特征相互不同，其内岩石风化的特征也不一样。同，其内岩石风化的特征也不一样。各气
39、候带的风化特征各气候带的风化特征1、极低和高山地带极低和高山地带温度低，冬夏气温较差大，地面处于冬冻干融温度低，冬夏气温较差大，地面处于冬冻干融状态，冻融风化盛行，化学风化缓慢，故长期处于状态，冻融风化盛行，化学风化缓慢，故长期处于物理风化为主的阶段。物理风化为主的阶段。2、干旱荒漠地带、干旱荒漠地带日照强，降水稀有，蒸发量大于降水量，昼夜日照强，降水稀有，蒸发量大于降水量，昼夜温差大，盐类易于结晶，故以热力和盐风化为主的温差大，盐类易于结晶，故以热力和盐风化为主的物理风化旺盛，化学风化较弱，盐类不易淋溶，故物理风化旺盛，化学风化较弱，盐类不易淋溶，故也长期处于物理风化为主的阶段。也长期处于物
40、理风化为主的阶段。3、半干旱草原地带、半干旱草原地带日照强，降水量在日照强，降水量在250500mm之间，降水之间，降水量小于蒸发量，热力风化较差，氯化物和硫酸盐量小于蒸发量，热力风化较差，氯化物和硫酸盐类矿物大部分淋失，钙、镁等碳酸盐矿物相对富类矿物大部分淋失，钙、镁等碳酸盐矿物相对富集，风化作用长期处于集，风化作用长期处于富钙阶段富钙阶段。4、半潮湿温带草原地带、半潮湿温带草原地带降水量降水量500700mm，降水量与蒸发量相近，风，降水量与蒸发量相近，风化作用长期处于富钙与富硅铝之间。化作用长期处于富钙与富硅铝之间。5、温带潮湿地区、温带潮湿地区降水量降水量7501000mm，降水量大于
41、蒸发量，风，降水量大于蒸发量，风化作用处于富硅铝阶段。化作用处于富硅铝阶段。6、湿热地区、湿热地区降水量大于降水量大于1000mm，风化作用处于富铝阶段。，风化作用处于富铝阶段。二、地形因素二、地形因素地形对风化作用的影响是通过地下水位的凹凸、地形对风化作用的影响是通过地下水位的凹凸、温度和风化物的搬运等来实现的。温度和风化物的搬运等来实现的。一般来说，在低缓的平原和缓丘地区，地下水一般来说，在低缓的平原和缓丘地区，地下水位高，水的流淌速度慢，盐类在水溶液中简洁饱和，位高，水的流淌速度慢，盐类在水溶液中简洁饱和，不易淋失，其化学风化过程较慢。低缓的地形使风不易淋失，其化学风化过程较慢。低缓的地
42、形使风化物不易被冲刷搬运，故风化壳一般较厚。化物不易被冲刷搬运，故风化壳一般较厚。而在高差较大的起伏山丘，地下水位较低，而在高差较大的起伏山丘，地下水位较低，流淌性也较强，岩石中的流淌性也较强，岩石中的O2、CO2等参与风化的等参与风化的物质较多，水溶液不易达到饱和，盐类易于随水物质较多，水溶液不易达到饱和，盐类易于随水流失，故化学风化较强；但是因为坡度和地形切流失，故化学风化较强；但是因为坡度和地形切割较大，风化形成的残留物质简洁被搬运，故风割较大，风化形成的残留物质简洁被搬运，故风化壳一般较薄。化壳一般较薄。地面的坡向也是影风化的一个重要地形因地面的坡向也是影风化的一个重要地形因素。坡向的
43、不同对地方小气候的差异有重要作素。坡向的不同对地方小气候的差异有重要作用。在阳坡，受太阳辐射的时间长，昼夜温差用。在阳坡，受太阳辐射的时间长，昼夜温差大，有利于物理风化的进行；而阴坡，气温的大，有利于物理风化的进行；而阴坡，气温的日较差较小，则不利于物理风化作用。日较差较小，则不利于物理风化作用。三、地质因素三、地质因素影影响响风风化化的的地地质质因因素素主主要要是是岩岩石石的的矿矿物物组组成成、结结构构和和构构造造。不不同同岩岩石石有有着着不不同同的的矿矿物物组组成成和和岩岩石石结结构构，各各种种不不同同的的矿矿物物和和结结构构对对风风化化作作用用的的反反映映是是不不同同的的。深深色色矿矿物
44、物易易吸吸热热，它它比比浅浅色色矿矿物物易易风风化化，粗粗粒粒岩岩石石比比细细粒粒岩岩石石易易风风化化，多多矿矿岩岩石石比比单单矿矿岩岩石石易易风风化化，因因此此不不同同的的岩岩石石抗抗风风化化实实力力是是不一样的。不一样的。假假如如一一个个地地区区的的地地层层是是由由不不同同岩岩石石组组成成的的，抗抗风风化化强强的的岩岩石石就就会会风风化化较较慢慢，地地表表相相对对凸凸起起，而而抗抗风风化化弱弱的的岩岩石石就就会会风风化化较较快快，地地表表相相对对下下凹凹，这这种种因因岩岩石石抗抗风风化化实实力力差差异异造造成成的的地地形形起起伏伏，称称为为差差别别侵侵蚀蚀地地貌貌。地地质质构构造造对对风风
45、化化作作用用也也有有重重要要的的意意义义。孔孔隙隙是是各各种种风风化化介介质质侵侵入入岩岩石内部的通道。石内部的通道。地地质质构构造造对对风风化化的的影影响响主主要要是是通通过过影影响响孔孔隙隙的的多多少少来来完完成成的的。一一般般说说来来，断断裂裂裂裂开开带带的的裂裂隙隙、节节理理、层层理理特特别别发发育育，构构造造裂裂开开，孔孔隙隙度度大大，这这特特别别有有利利于于风风化化作作用用的的进进行行，故故在在断断裂裂带带内内风风化化壳壳一一般般较较厚厚，地地质质构构造造的的差差异异也也可可形成差异侵蚀地貌。形成差异侵蚀地貌。一、残积物、风化壳与古土壤的概念一、残积物、风化壳与古土壤的概念岩石经风
46、化后，部分物质和元素被迁移后残岩石经风化后，部分物质和元素被迁移后残留在原地的松散积累物称残积物。由残积物组成留在原地的松散积累物称残积物。由残积物组成的风化岩石的表层称为风化壳。的风化岩石的表层称为风化壳。风化壳上部具有风化壳上部具有确定肥力和发生结构的疏松土层称为土壤。确定肥力和发生结构的疏松土层称为土壤。第四节残积物、风化壳与古土壤第四节残积物、风化壳与古土壤依据风化程度、风化特征以及依据风化程度、风化特征以及其物理力学特性的不同，可将风化其物理力学特性的不同，可将风化壳自下而上划分为壳自下而上划分为4 4个带，如右图：个带，如右图：簇新未风化的岩层簇新未风化的岩层 风化裂隙和块石带风化
47、裂隙和块石带 风化碎石带风化碎石带 土壤层、风化土层土壤层、风化土层 各风化带之间都是逐步过渡的，各风化带之间都是逐步过渡的，没有明显的界线。没有明显的界线。土壤在剖面上可土壤在剖面上可简洁简洁分分为为三三层层：上上部部植植物物落落叶叶、根根系系死死亡亡、腐腐烂烂形形成成的的腐腐殖殖质层质层；中部水的淋溶作用形成的淋溶中部水的淋溶作用形成的淋溶层层；下部上下部上层层物物质质下移再沉淀形成的淀下移再沉淀形成的淀积层积层。残残积积物物、风风化化壳壳和和土土壤壤，包包括括岩岩石石风风化化时时的的很很多多气气候候信信息息，它它们们对对探探讨讨气气候候地地貌貌和和气气候候变变更有重要意更有重要意义义。二
48、、残积物的特征和类型二、残积物的特征和类型1、残积物的特征、残积物的特征残积物是岩石风化形成的，它有如下特征：残积物是岩石风化形成的，它有如下特征：a.岩性特征：岩性确定于下伏基岩。岩性特征：岩性确定于下伏基岩。b.粒度特征：物质大小混质，分选性极差粒度特征：物质大小混质，分选性极差c.结构特征：分层结构特征：分层2、残积物的类型、残积物的类型依据岩石的风化程度可分四种类型：依据岩石的风化程度可分四种类型：a.碎屑残积层碎屑残积层b.富钙残积层富钙残积层 c.富硅铝残积层富硅铝残积层d.富铝残积层富铝残积层 三、古风化壳与古土壤三、古风化壳与古土壤地质时期形成的风化壳与土壤，称为古风化地质时期
49、形成的风化壳与土壤，称为古风化壳和古土壤。壳和古土壤。依据它们产出的位置，可将它们分为两类：依据它们产出的位置，可将它们分为两类：埋藏风化壳、古土壤埋藏风化壳、古土壤残余风化壳、古土壤。残余风化壳、古土壤。依据古风化壳和古土壤的形成特征可以探讨地依据古风化壳和古土壤的形成特征可以探讨地貌的形成和演化。貌的形成和演化。据调查在现在海拔据调查在现在海拔4500m以上的青藏高原上发以上的青藏高原上发育有一个红色的古风化壳，据化学分析其物质组成育有一个红色的古风化壳，据化学分析其物质组成和化学特征与华北的中新世红层相像。这种红色风和化学特征与华北的中新世红层相像。这种红色风化壳在现在高寒的气候下是绝不
50、能形成，华北红层化壳在现在高寒的气候下是绝不能形成，华北红层分布的高度一般在分布的高度一般在1000m以下，这说明在中新世青以下，这说明在中新世青藏高原的高度较低，藏高原的高度较低，4000-5000m的高原是中新世的高原是中新世以后抬升起来的。以后抬升起来的。在我国的黄土高原上，黄土地层中夹有很多在我国的黄土高原上，黄土地层中夹有很多层古土壤，以兰州黄河北的九州台黄土剖面为例，层古土壤，以兰州黄河北的九州台黄土剖面为例，150万年形成的万年形成的318m的黄土中夹有的黄土中夹有40余条古土壤，余条古土壤，其中距地表约其中距地表约50m的一层棕褐色古土壤与华北森的一层棕褐色古土壤与华北森林草原