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1、第十一章风化作用地球自形成以来，无时不在变化之中，地球的面貌也随之不断改变。今天地球的面貌是地球长期演变的结果，且仍以人们通常所不易察觉的方式和速度在变化着。引起这种变化的动因就是地质作用。地质作用就是形成和改变地球的物质组成、外部形态特征和内部构造的各种自然作用。根据地质作用能量的主要来源和作用的主要部位，可分为内动力地质作用和外动力地质作用，并分出许多次一级的作用。一内力地质作用内力地质作用是由于地球的内热、地球自传与重力等能量所激发，并主要发生在地球内部的作用。内力地质作用因其作用方式不同可分为四种：构造运动 ：地壳的机械运动。按其运动方向可分为水平运动与垂直运动。岩浆作用 ：岩浆的发生
2、、 运动及其固结成岩的作用。按其作用发生的部位分为侵入作用和喷出作用。变质作用 ：岩石在基本上为固态下，由于温度、 压力和化学活动性流体的作用而发生成分、结构及构造变化。地震 ：大地的快速颤动。二外力地质作用外力地质作用是由大气、水和生物在太阳辐射、重力以及日月引力等能源的作用下所进行的各种作用，它们都发生在地球的表层。分为以下五种：风化作用 ：地表岩石在外力作用下发生机械崩解或化学分解，变为松散的碎块、碎屑直至土壤，并残留原地；剥蚀作用 ：岩石在外力作用下被破坏，破坏的生成物同时被带走；搬运作用 ：外力将风化剥蚀的产物搬运到他处；沉积作用 ：搬运物在适宜的地方发生堆积；固结成岩作用：松散沉积
3、物转变为坚硬的岩石。第一节 风化作用外力地质作用对陆地表面和岩石进行改造的第一步就是由风化作用开始的，它是地表广泛存在的一种破坏现象。风化作用是大气圈和暴露在地表的岩石间的相互作用，是各种地表作用的总的影响。当原岩（高温高压）暴露于地表（常温常压）时，会受到各种外营力（大气中的O2、CO2、渗透到岩石缝隙中的水以及生物）作用而破坏，发生机械崩解或化学分解，完整的岩石最终变成松散的碎屑及至土壤，这就是风化作用。一风化作用之内因风化作用之所以能够进行，是因为矿物和岩石所处的环境发生了改变。组成地壳的三大类岩石的大多数形成于地下深处的高温高压环境中，即便是沉积岩， 在其形成岩石之后的后生作用阶段，
4、也遭受了一定的压力和较高温度的影响。当这些岩石一旦由于地质作用的影响而被揭露于地表以后，就进入了一个与原来形成环境截然不同的境地。在这里， 岩石处于常温常压之下，气温经常变化，各种气体、溶液和有机体等都时刻在对岩石发生影响，这就使岩石内部旧有的平衡被破坏，迫使岩石和矿物在物理性质和化学成分上发生某些改变，形成在新的环境下相对稳定的新产物，以达到新的平衡。二风化作用之外因是岩石或矿物所处环境的改变，是变化的条件。 外因通过内因而起作用。所以风化作用可概括为在气温的变化、湿气的影响， 化学的化合和分解以及生物活动等统一作用下引起的地表岩石和地形的破坏作用。引起风化作用进行的因素是复杂的，其进行的方
5、式也是多样性的，其结果也各不相同。根据风化作用的方式和结果的不同，可分出物理的 （机械的） 破坏， 化学的化合和分解的破坏以及生物因素引起的破坏。几个重要概念：风化 ：岩石的物理、化学性质的变化；风化营力 ：引起风化作用发生的因素的统称；风化壳 ：被风化的岩石圈表层。第二节物理风化作用风化作用的机械破坏主要是由温度变化引起的。在温度变化下， 物理风化作用所以得以进行， 是由于岩石或矿物的内因 胀缩过程引起机械力而产生的。在一定条件下， 岩石内部处于平衡状态，表现为内聚力而存在。由于岩石是不良导体，导热率很低。白天 ：接受日光照射后，岩石会由于强烈增温而膨胀。当膨胀力大于内聚力时，外层产生与岩石
6、表面平行的裂纹，与母体分离。夜间 ：气温降低，岩石表面强烈收缩，内层收缩慢，外层产生与岩石表面相垂直裂纹，而使外层裂碎。天长日久，岩石变为碎块。温差越大，胀缩越烈，破碎越强。在同一条件下，不同岩石的破坏程度是不同的，这是由于岩石的特殊性所决定的。岩石抵抗物理风化的能力，与其中矿物成分的复杂程度有关。一般是矿物成分单纯的岩石，抵抗物理风化作用的能力很强，而成分复杂者，则易于遭受物理风化作用。这是由于组成岩石的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化的影响下，必然产生不同的膨胀压力和剪力，因而引起矿物颗粒之间发生错动而破碎。岩石中矿物颗粒的大小和均匀程度、岩石的颜色等都影响着物理风化作用的强度。矿物颗粒
7、粗大而不匀和暗色的岩石容易破碎，而那些矿物颗粒细小而又均匀和浅色的岩石则抵抗物理风化作用的能力就强。在高山严寒地区，特别是在雪线附近，随着季节的变化，固态水和液态水交替出现，两种物态的水在变化时会对岩石产生巨大的压力，可达960kg/cm2。经过温度风化的岩石普遍含有裂缝，裂缝中的水分当温度降低到0时即发生结冰显现，由结冰所产生的压力多次进行就可使裂缝扩大或产生新的裂缝，直至造成岩石破碎。岩石中裂缝的水分也可以液态和气态状态出现。在夜间， 因气温降低， 气态水变为液态水，可溶解或潮解岩石中的一部分盐类；日间，蒸发加大，溶解或潮解的盐类重新结晶，对裂缝产生压力，使其变宽，或产生新的裂缝，最终导致
8、岩石的破碎。压力之所以产生，一方面由于眼泪的结晶而体积增大，如明矾在结晶时，容积增大0.58，没 cm2 可产生 40kg 的压力；另一方面，则是在盐类结晶时，各按其结晶格架生长而产生了支撑力。盐类的结晶作用，在气温变化剧烈的干燥地区，也是一种破坏岩石的重要方式。物理风化作用主要发生在干燥的沙漠区或半沙漠区和高山严寒地区，在这些地区， 地表温度的变化剧烈， 引起了岩石的强烈胀缩和由其它原因导致的挤压。各种风化作用的联合进行，其总的结果是导致岩石变松，破碎，引起结构和构造的变化，而无成分的改变；此外使地形棱角磨灭， 坡度变缓，趋于圆滑平坦。机械风化产物在重力的影响下，在平缓的坡麓地带形成倒石堆地
9、形。层裂/卸载作用 (unloading)：处于深部的岩石被剥去上覆岩石，压力解除，产生向上或向外的膨胀，形成平行于地面的层状裂隙。第三节化学风化作用化学风化作用：指岩石或矿物在水和水溶液或大气的化学作用下所产生的一种破坏作用。岩石的破坏方式，不仅表现为机械破碎，其矿物成分和化学成分也发生了改变。化学风化作用是在雨水或大气湿气的配合下进行的。通常指雨水落到地面不久，在原地进行的破坏。在雨水中聚集所进行的破坏作用就成为剥蚀作用了。化学风化作用是在雨水或大气湿气的配合下进行的。 通常指雨水落到地面不久，在原地进行的破坏。在雨水中聚集所进行的破坏作用就成为剥蚀作用了。一溶解作用任何矿物， 都或多或少
10、可溶解于水中；不同的矿物具有不同的溶解度，主要取决于元素本身的性质和外界的条件。且温度、压力、pH 值的大小等外部条件也直接影响着矿物的溶解度； 即使是同一矿物，因其形状和大小的不同，溶解度也又差异，一般是粒径小的更易于溶解。常见矿物的溶解度 (dissolubility)大小顺序 为：石盐、石膏、方解石、橄榄石、辉石、角闪石、滑石、蛇纹石、绿帘石、钾长石、黑云母、白云母、石英。组成岩石的矿物既然有不同的溶解度，溶解度大的矿物首先流失，岩石中的易溶矿物溶蚀以后，其坚实程度降低，最终只残留一部分难溶矿物，原来的岩石也就被破坏了。二水化作用有些矿物能够吸收一定量的水参加到矿物晶格中，形成含水分子的
11、矿物，称为水化作用。如硬石膏（ CaSO4）经水化后形成石膏（CaSO4.2H2O） ，体积膨胀约59，对周围岩石产生压力，促使岩石破坏。（此外，比较而言，石膏的溶解度大、硬度低，也加快了它的风化速度。 ）三水解作用水本身是中性的，但仍有很低的解离能力。在 1250 万升的水里就有18 克的水处于解离状态， 成为 H+和 OH-离子。水具有酸性溶液和碱性溶液的双重性质。有些矿物溶解于水后，由于这种性质， 该矿物的结构就被破坏了，这就是水解作用。地壳中的矿物大部分是弱酸强碱的硅酸盐化合物，溶解在水里的话，水的OH-与盐基结合形成不分解的碱分子。如钾长石易发生水解形成高岭石和二氧化硅。钾长石离解时
12、，形成的KOH 呈真溶液随水迁移，析出的SiO2 呈胶体状态流失，铝硅酸根与一部分氢氧根离子结合形成高岭石残留原地。在湿热气候条件下，高岭石还要进一步水解，形成铝土矿(bauxite)，如 SiO2 被水带走，铝土矿可以富集起来成为矿床。四碳酸化作用溶于水中的CO2 形成 CO3 和 HCO3 离子，它们能夺取盐类矿物中的K、Na、Ca等金属离子， 结合成易溶的碳酸盐而随水迁移，使原有矿物分解， 这种变化称为碳酸化作用。如钾长石易于碳酸化，在这一反应中， K2CO3，和 SiO2 均被水带走， 高岭石残留原地。斜长石也能产生碳酸盐化。由于长石是火成岩中最主要的造岩矿物，它们都易于经过碳酸化和水
13、解作用转变成为粘土矿物，因而火成岩较易受风化而破坏。五氧化作用1矿物中的某种元素与氧相结合，形成新矿物；2变价元素在缺氧的成岩条件下,以低价形式出现在所形成的矿物中，当进入地表富氧的条件下 ,它们易于转变成高价元素的化合物，导致原有矿物解体。如黄铁矿经氧化后转变成褐铁矿;含有低价铁的磁铁矿(Fe3O4)经氧化后转变成为褐铁矿。绝大部分岩石和矿物中都含有低价铁，它在地表条件下易氧化成含高价铁的褐铁矿，导致岩石的破坏。 地表岩石风化后多呈黄褐色就是因为风化产物中含有褐铁矿的缘故。含低价铁的金属硫化物(sulphide)矿体经氧化所形成的褐铁矿常覆盖在矿体的表层，出露于地表，称为铁帽 (gossan
14、)，它是找寻地下隐伏矿体的重要标志。此外，一些黑色的沉积岩，如炭质页岩，经长期风化后会变为灰绿色或黄绿色，也是氧化作用的结果。影响化学风化作用进行的因素是外界：气候条件和岩石或矿物本身的性质。由于化学风化作用与水的关系更为密切，在潮湿、雨量充沛的气候区，增加了水溶液的活泼性，更适于化学风化作用的进行。一年之中， 冷季以物理风化为主，暖季以化学风化为主。化学风化作用主要是在岩石表面进行，一方面是与外界接触面愈大，风化愈强，随着物理破碎程度的加大，愈易遭受化学风化；另一方面在于组成不同矿物的元素的迁移能力。组成地壳的最主要元素在化学风化时，元素的迁移具有一定的顺序，但这一顺序并不完全符合元素的溶解
15、度。在化学风化作用过程中，矿物具有不同的风化强度。通过化学风化作用，岩石或矿物中的一部分活动性的物质和易溶盐类溶于水中而流失，不溶解的石英颗粒或高岭土等将残留原地；以胶体形式流动的物质，由于物理化学条件的改变，也有部分凝聚为稳定矿物存留下来，如铝土矿、 褐铁矿、 蛋白石等。 同时， 也可使岩石或矿物的物理性质发生改变，如体积增大，密度减小，失掉光泽和弹性等。第四节生物风化作用生物的生命活动及其分解或分泌物质堆岩石所引起的破坏作用，叫做生物风化作用。地表及其上下广泛分布着生物，从大气圈10km 的高空，直到地下深达3km 地方都有生物活动。生物的生命活动及其新陈代谢作用和遗体的腐败分解产物是岩石
16、发生破坏的重要因素。生物对岩石的破坏，既表现有机械的破碎，也表现有化学的分解。一生物机械破坏作用根源于岩石裂隙中的植物的根须不断变粗/变长和增多，对裂隙壁以强大的压力，劈裂岩石，扩大岩石裂缝，导致岩石发生破碎，称为根劈作用。二生物化学风化作用生物的化学风化作用有两种表现形式：1生物在生命活动中的新陈代谢作用所引起的化学破坏作用；2生物死亡后，由于遗体腐败分解产生多种有机酸对岩石引起的化学破坏。生物的新陈代谢，实质上就是有机界和无机界进行物质交换。一方面要从矿物中吸取某些化学元素（ N、P、K、Ca、Fe 等） ；另一方面会分泌有机酸，碳酸、硝酸等酸类物质以分解矿物 促使矿物中一些活泼的金属阳离子游离出来，一部分供生物吸收， 一部分随水流失。还原环境下生物遗体腐烂分解，形成暗色和黑色的胶状腐植质(humus)腐植质可促进植物生长；其中的有机酸对矿物、岩石起着化学破坏作用。一般地，各类风化作用是相伴而生的。如物理风化能扩大岩石的空隙，增加表面积， 加速岩石的化学风化；化学风化使矿物和岩石的性质改变，破坏了原岩的坚固性，为物理风化提供了有利条件
