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1、第二章 岩石风化与土壤形成内容提要l 三种风化作用类型l 影响风化作用因素l 风化产物三种类型l 土壤形成的五大因素l 土壤形成实质第一节 风化作用（风化过程）地表的岩石在大气和水的联合作用以及温度变化和生物 活动影响下，所发生的一系列崩解和分解作用。岩石发生风化作用的原因岩石处在它生成的环境条件下是稳定的（处于一种平衡状 态），但条件发生变化，为了适应新的环境，必然发生变 化，以达到适应新环境的新平衡。这种变化是慢长的，如 果环境不断发生变化，则岩石或风化物可能一直在变化。一、风化作用的概念风化作用实质上表现为一系列崩解和分解风化作用崩解：岩石由大块变成碎块，再 渐变成细粒，其形状和大小改变
2、 了，但化学成分不发生变化。 自然界中，三种风化作用通常是联合进行与相 互助长的， 划分它是为了讨论方便。物理风化化学风化分解：岩石风化过程 中化学成分发生变化生物风化二、风化作用类型1. 物理风化 指岩石在外力影响下，机械地分裂成碎屑，只改变 其大小与外形，而不改变成分的过程。(1) 温度作用 引起岩石内外胀缩不一致，岩石是热不良导体。(2) 结冰作用（冰劈作用）(3) 风和水的磨蚀作用 风沙磨蚀岩石，使之表面裸露，加速物 理风化。风化作用寒裂风化风化作用2. 化学风化 指岩石在外界条件的影响下，引起化学成分的 改变，产生新的物质的过程。（1）溶解作用 水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机
3、盐， 虽然占绝大部分的硅酸盐和铝硅酸盐矿物溶解度很 小， 但很大的地质年代中，水溶解的规模是相当大的， 况 且地表的水常常溶有CO2、NO2以及有机酸等， 这样大大提高了水的溶解能力。风化作用（2）水化作用 指无水矿物与水结合成为含水矿物的 作用。CaSO42H2O CaSO4.2H2O 2Fe2O33H2O 2Fe2O3.3H2O赤铁矿 褐铁矿 风化作用（）水解和碳酸化作用 水解 2KAlSi3O83H2O H2 Al2Si2O8. H2O 4SiO22KOH钾长石 高岭石 碳酸化水解作用 2KAlSi3O8CO22H2O H2 Al2Si2O8. H2O 4SiO2K2CO3 CO2溶于水
4、时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍。 水解和碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被氢离 子取代。风化作用CaCO3 H2CO3 Ca(HCO3) 2溶解度很低 溶解度较高平衡的变化： (1)当CO2充足时，且有一定的湿度，平衡一直向右(2)当湿度较小，Ca(HCO3) 2脱水并放出CO2，平衡向左进行。(H2O+CO2)石笋石灰岩的风化风化作用自然界的许多石灰岩溶洞不断地进行着以上反应， 形成 千姿百态的地形。如石笋、石钟乳、石柱、石林等，（）氧化作用 空气中的氧在有水的条件下，氧化能力很强。4FeS22H2O15O2 2Fe2（SO4）32H2SO4湿润的条件下含铁、硫的矿物（含变价元素）
5、普遍地进行着氧化过程。深色矿物（因含二价铁）容易风化。风化作用小结:各种岩石在化学风化作用下，逐渐遭破坏， 一 部分形成不溶物质（如各种粘土矿物、氧化铁等 ）残留在原地， 另一部分形成可溶性物质（如 碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋失或搬运到其他 地方。 3. 生物风化 指岩石中的矿物在生物及其分泌物或有机质分 解产物的作用下，进行的机械性破碎和化学分 解过程。 生物风化的作用因素是生物及其代谢物发生的 风化，是物理和化学风化并存。风化作用微生物、植物根系、动物等，在岩石风化初期主 要是低等生物如细菌、真菌、 地衣等。根劈作用风化作用总之，各种岩石在风化作用下，逐渐 遭破坏，稳定性矿物以原生矿物留
6、下 ，不稳定性矿物， 一部分形成不溶 物质（如各种粘土矿物、氧化铁等） 残留在原地，另一部分形成可溶性物 质（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水 淋失或搬运到其他地方。原生矿物可溶性盐粘土矿物风化产物风化产物土壤砂粒土壤细粒土壤溶液离子三、 影响风化的因素1. 内因（岩石的性质） 岩石本身的性质以及组成岩石的矿物纯度影响着风 化的速度和强度。 组成岩石的矿物成分和性质岩石的结构岩石的构造岩 石 特 征（1）组成岩石的矿物成分和性质 组成岩石的矿物颜色、颗粒大小。组成岩石的矿物的化学结构 即稳定性注：在外界环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物抗风化的稳定性顺序如下：石英白云母正长石斜长石黑云母角闪
7、石辉石橄榄石（结合矿物结晶顺序图）影响因素（）岩石的结构隐晶或等粒细粒的稳定性大于等粒粗粒或斑状（物理风化） 。 但是一当岩石破碎崩解，细粒由于表面积大，容易受到 水、空气、CO2等化学物质作用而发生化学风化。（）岩石的构造坚硬而致密结构的岩石，比疏松多孔的岩石抗风化能力强， 有层理、片理、节理和裂隙的岩石，水分、空气容易侵入而 引起风化。影响因素岩石的形成环境与所处环境差别越大越容易风化。l岩浆岩、变质岩主要是在高温高压下形成的，在地表极易风化；l沉积岩抗风化能力比岩浆岩等强；l花岗岩、片麻岩露头多呈疏松分解状态；l砂岩露头则常常保持良好。影响因素总 结2. 外因（岩石所处的环境条件） （1
8、）气候 ：控制风化作用的类型和速度a.极地气候区b.沙漠干旱气候区c.温带湿润气候区d.热带炎热气候区（2）地形和植被：地形可影响风化作用的速度、 深度及风 化产物的堆积厚度和分布状况。影响因素四 、风化产物的类型地表的风化产物构成一层薄薄的外壳-风化壳 碎屑物质 风化产物 难溶物质 形成不同类型的风化壳。溶解性物质 l生态类型 （根据风化产物对土壤肥力性状的影响作为分类） l地球化学类型 （根据风化物化学成分特点分类 ） l母质类型 （根据风化产物的成因分类）（1）硅质岩石风化物SiO2含量很高的岩石 ：如石英岩、石英砂岩、由硅质胶结的岩石（硅质砾岩或页岩）。特 点：硅质岩类抗物理风化和化学
9、能力强土壤肥力性状：硅质岩类风化物的厚度极薄，砂质，多石砾 ，各种营养元素也十分贫乏，分散的石英颗粒及岩石碎屑保 水能力很低。生态类型1. 生态类型（2）长石质岩石风化物富含正长石成分的岩石：花岗岩、正长岩、酸性斑岩、流纹 岩、长石砂岩、片麻岩特 点： 抗物理风化能力差，易崩解，形成厚层风化壳土壤肥力性状：由于这类岩石除了含有较多的长石外，还有 一定量的石英，正长石在湿热的环境下易分解生成次生粘矿 ， 粘土矿物和石英混合存在，使土壤砂粘适中，表现出较好 的肥力。生态类型（3）铁镁质岩石风化物富含深色矿物的岩石：辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等 。特 点： 抗物理风化和化学风化均较弱，形成厚层风
10、化壳。土壤肥力性状：由于这类岩石中SiO2含量很少，发育形成的 土壤质地较粘，含有较丰富的营养成分（除K以外），pH微 酸性，虽然质地偏重，但是林地一般排水条件好，所以这种 岩石发育的土壤一般肥力较高，宜林性好。生态类型（4）钙质岩石风化物含CaCO3的岩石：石灰岩、大理岩、泥灰岩、白云质灰岩、钙质砂岩和页岩特 点：抗物理风化强，抗化学风化弱，形成薄层土壤。土壤肥力特性：风化过程主要是碳酸钙淋溶，残留下来的主 要是粘土矿物（片岩砂岩花岗岩。注意：虽然母质从多方面影 响土壤的性质，但以上的性 质是在其他条件相同的情况 下表现出来的差异。2. 气候（主要决定着成土过程中水热条件）水热 ： 一方面影
11、响母质风化过程速度及物质的淋溶；另一方面控制了植物和微生物的生长决定了有机质的积累和分解。气候对土壤性质的影响(1)对土壤矿物的风化及其组成的影响(2)对土壤有机质含量和腐殖质组成的影响(3)对土壤胶体性质的影响(4)强烈地影响土壤风化和淋溶度。 不同气候下土壤的形成分析南方湿热 风化强烈 盐基淋失多 土壤pH低 原生矿物少，且粘土矿物以Ki值较低 的高岭石为主 南方湿热 生物生长旺盛 微生物活动强烈 有机质积累少H/F9.0，土 壤物理性质极差，作物生长困难，但 含盐量一般不高。5、碱化与脱碱过程6、富铝化过程又称为脱硅过程、脱硅富铝化过程。 它是热带、亚热带地区土壤物质由 于矿物的风化，形
12、成弱碱性条件， 随着可溶性盐、碱金属和碱土金属 盐基及硅酸的大量流失，而造成铁 铝在土体内相对富集的过程。因此 它包括两方面的作用，即脱硅作用 和铁铝相对富集作用。潜育化过程是土壤长期渍水，有机质嫌气分解， 而铁锰强烈还原，形成灰蓝一灰绿色土体的过程。 潴育化过程实质上是一个氧化还原交替过程，指 土壤渍水带经常处于上下移动，土体中干湿交替 比较明显，促使土壤中氧化还原反复交替，结果 在土体内出现锈纹、锈斑、铁锰结核和红色胶膜 等物质。该过程又称为假潜育化(Pseudogleyzation)7、潜育化和潴育化过程四、土壤剖面及形态特征是地面向下直到 土壤母质的垂直 切面，一般在2m 以内。土壤剖
13、面 构造反映了土壤 的发育程度、土 壤形成特点以及 土壤的形成演化 过程。 从上往下：O、A 、B、C、RO(L F H）AABB1B2BCC枯落物层腐殖质层淀积层母质层1自然土壤剖面2耕作土壤剖面表土层心土层表土层底土层耕作层犁底层受耕作、施肥，灌溉等影 响，20cm左右。60%根系厚6-8cm，紧实，通透性差厚20-30cm，保肥保水作用，生长后期 供应水肥的主要层次。20-30%根系土体表面50-60cm以下，可利用的营 养物质较少，又称为生土或死土。3剖面形态特征土壤形态就是土壤的外部特征，这种外部特征是通过人们的 感官即视觉，嗅觉和触觉来认识的。在土壤形成以后，各土 层在组成和性质上是不同的，所以，反映在剖面形态特征上 ，各层也是有差别的。在野外通过土壤剖面形态的观察，可 判断出土壤的一些重要性质。土壤重要的形态特征有： 颜色 ，结构，质地，坚实度，孔隙，湿度，新生体，侵入体，动 物孔穴等。各种土壤剖面
