风化作用与剥蚀作用

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1、2018/10/14,1,第五章 风化作用与剥蚀作用 Chapter 5 Weathering and Denudation,第一节 风化作用 风化作用类型 风化作用产物 影响风化作用的因素 第二节 剥蚀作用 地面流水剥蚀作用 地下水、冰川剥蚀作用 海洋的剥蚀作用,2018/10/14,2,风化是矿物和岩石的物理破碎崩解、化学分解和生物分解等复杂过程的综合。 “风化”被广泛用于地球科学的许多分支学科，但“风化”一词并不能反映出这一复杂过程的全部。风化作用可以相对的划分出物理风化和化学风化 风化作用的重要特征是岩石或矿物在原地遭受分解或破坏，风化的产物仍保留在原地,2018/10/14,3,一、

2、风化作用的类型,（一）物理风化作用 由于温度作用或机械作用引起岩石发生崩解、破坏，但又不改变其化学成分的风化过程称为物理风化。 引起物理风化的因素也是多种多样的。在一些情况下风化过程是由于岩石自身的原因和温度变化的作用，而没有外部机械营力的作用，称这种风化作用为温度风化。由于外部营力的机械作用使岩石发生崩解的过程称为机械风化。,2018/10/14,4,温差风化,温度风化的原因是由于昼夜温差和季节温差的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩而引起的。岩石通常是由多种矿物组成的，不同的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化过程中会导致岩石中矿物之间的结合力减弱，最终松弛崩解。即便是成分较为均一的岩石，由于

3、存在着岩石的各向异性，甚至是晶格结构的差异，也可以造成热胀冷缩的差异，导致岩石的风化。,2018/10/14,5,温度风化在温差大的地区最为强烈，特别是昼夜温差大、空气干燥、缺少植被地地区，因此温度风化在沙漠地区最为盛行。,2018/10/14,6,2018/10/14,7,机 械 风 化,机械风化是外部营力作用使岩石发生机械破坏的结果。 冰劈作用 盐类的结晶与潮解 层裂或卸载作用,2018/10/14,8,2018/10/14,9,2018/10/14,10,化 学 风 化,整个岩石的风化过程始终伴随着或强或弱的化学风化作用，甚至在某些时候起到关键的作用，反映了风化作用过程中不同作用因素相互

4、间的密切关系。 物理风化作用使岩石破碎的同时增大了岩石受风化的面积，化学风化改变了岩石的化学成分，形成了适合新的物理化学条件下的平衡，加速了物理风化的进行。,2018/10/14,11,溶解作用是化学风化过程的一种常见的形式。任何矿物都能溶解于水，只是溶解度不同而已。含有CO2或者其他酸性气体的水，可以使矿物、岩石更易发生溶解。对于一些蒸发盐类，如石膏、岩盐等，水的溶解作用表现尤为明显。各类矿物、岩石的溶解度不同，决定了它们被溶解的速度。自然界中的氯化物最容易被溶解，所以岩盐最容易被溶解，其次是硫酸盐，随后是碳酸盐岩。纯水对于碳酸盐岩几乎不起作用，但一旦加入二氧化碳，难溶的碳酸盐岩立即变成了易

5、溶岩石，其反应如下： CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 方解石（石灰岩） 重碳酸钙,2018/10/14,12,氧化作用是地球表面最为活跃的风化作用形式之一，氧化作用通常使一些具有多种化学性质的元素由低价氧化物转变为高价氧化物。如黄铁矿到褐铁矿的风化过程： FeS2 + nO2 + mH2O FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe2O3nH2O 黄铁矿 硫酸亚铁 硫酸铁 褐铁矿 氧化作用发生的第一阶段形成硫酸亚铁和硫酸。硫酸的存在又大大加速了风化的进程，促使矿物进一步分解。第二阶段从硫酸亚铁变成硫酸铁。由于硫酸铁是不稳定的，在氧和水的作用下进一步地转变成铁的含水化合物褐铁矿

6、。,2018/10/14,13,水解作用由于水的电离作用，矿物在水溶液中会发生水解作用，形成带有OH-的新矿物。复杂的水解作用对于硅酸盐类和铝硅酸盐类岩石的风化具有特别重要的意义。这种作用过程包括分解矿物、带出某些元素、与氢氧离子组合、水化作用等，如地壳表层普遍存在的长石通过中间形式形成高岭石的过程就是水解作用的典型代表： K(AlSi3O8) (K,H3O)Al2(OH)2(AlSi4O10) Al4(OH)8(Si4O10) 正长石 水云母 高岭石 中间过程中会有氢氧化钾和二氧化硅随水溶液流失，只有高岭石保留在原地，形成高岭石矿床。,2018/10/14,14,水化作用是指矿物与水发生化学

7、反应，吸收一定的水到矿物的晶体结构中，形成新的含水矿物的过程，如无水石膏与石膏之间在一定条件下是可逆的，其反应式如下： CaSO4+2H2O CaSO42H2O 硬石膏 石膏 Fe2O3 + nH2O Fe2O3nH2O 赤铁矿 褐铁矿 水化作用形成新的含水矿物改变了矿物原来的结构，也改变了含有改矿物岩石的结构，其结果往往使矿物、岩石的抗风化能力减弱，加速了风化的进程。,2018/10/14,15,生物的风化作用,生物的机械风化作用 植物的根系和掘地动物对岩石也会产生机械风化作用。随着树木的生长，其根系越来越大，同时对岩石的裂隙壁产生了极大的作用力，就像楔子一样将岩石沿裂隙劈开，造成机械风化。

8、各种掘地动物，如啮齿类动物、蠕虫动物等，也会产生机械作用。,2018/10/14,16,2018/10/14,17,风化作用的产物,岩石遭受风化作用后其最终结果是形成各种风化作用的产物。 残积物 未移动的残留在原地的风化产物 倒石堆 风化作用崩落的碎石、泥砂和其他残积物构成的锥形堆积物，分选性、磨圆度都很差 风化壳 岩石圈上部各种残积物的总和,2018/10/14,18,风 化 壳,由未移动过的残积物构成的一类风化壳称为自形壳，其特征是全部由原岩风化而成。在风化过程中，从自形壳中带出或加入某些化学元素，构成了次生壳。目前大多数地质工作者对风化壳的理解基本上是那些未经移动的、原生的自形壳。风化壳

9、的形成是各种风化作用及其影响因素共同作用的结果。,2018/10/14,19,由于岩石中矿物的抗风化能力不同，随着风化作用的进行，风化壳将保留某些特殊的矿物或成分，形成特殊的矿产。 残积型沙矿：如锡石、金刚石、自然金、铂等 残余型矿床：如高岭土矿、铝土矿、钴土矿等 风化壳型铁矿是风化壳矿产最重要的矿产类型之一 风化壳矿床通常与基岩地分布范围一致，是寻找原生矿床的标志,2018/10/14,20,2018/10/14,21,研究不同地区、不同构造单元中风化壳的不同性质和发育程度，对工程建筑具有重要意义，尤其是工程的地基处理，对工程的稳定性至关重要。如高层建筑物、铁路路基的地基稳定，水库库底的渗漏

10、问题等，都需要对风化壳进行详细的调查研究。古风化壳对古气候、古环境及构造活动等具有指示意义。,2018/10/14,22,土 壤,具有肥力、含有有机成分，并有特殊结构类型的陆地表面层称为土壤。 土壤的分层： 腐殖质聚集层（A）具有大量的植物残骸，其主导作用是腐殖质的积聚。 残积层（B）主要是土壤层的内部风化，以物质的带出为主导，大多存在粘土矿物。 淋积层（C）主要积聚从其他层带来的物质。 母岩（D）是未经土壤形成作用的岩石。,土壤,残积层,基岩,风化壳,2018/10/14,23,影响风化作用的因素,岩石类型,气候,地形,花岗岩,石灰岩,2018/10/14,24,气候和植被,气候因素主要包括

11、温度、降雨量和湿度，他们是控制风化作用的重要因素 植被对风化作用的影响体现在：直接参与生物风化作用；间接影响物理风化作用,2018/10/14,25,地形,地形条件包括：地势高度、地势起伏、山坡方向 地势高度影响局部气候的变化 地势起伏影响地下水位变化、植被发育及风化产物的保存 山坡方向影响日照长短、植被状况等,2018/10/14,26,岩石特征,岩石的地球化学特征是影响化学风化作用的主要因素。不同的岩石由于化学成分的不同，其化学活动性也明显不同（主要表现在原子价、离子半径、离子亲和力、化合能力和极化能力等方面），容易被氧化、溶解的岩石出露区，总是化学风化作用较为强烈的地段。同一岩石中由于不

12、同矿物成分的差异，也会造成风化作用的差异。,2018/10/14,27,岩石的结构构造对风化作用的影响,岩石中的一些原生的次生的构造将影响风化作用的进程，形成一些特殊的风化地貌。岩石中的原生流面构造形成了板状风化岩石中经常存在一些原生的或次生的节理，节理的交会处是风化作用容易进行的地方，并逐渐地形成球形风化。,2018/10/14,28,2018/10/14,29,岩石的物质成分对风化作用的影响,岩石的物质成分不但影响了化学风化的过程，也同样影响了物理风化的过程。岩石中不同的物质成分具有不同的物理特征，还会形成不同的结构、构造，形成差异风化。,2018/10/14,30,酸雨的形成及破坏作用,

13、酸雨是指pH值5.6的降水。酸雨是最严重的污染之一，世界上的许多地方都发生过酸雨事件。 酸雨是工厂排放的酸性气体，造成空气污染，并经过复杂的大气物理化学过程，通过大气降雨的形式重新返回地面。酸雨中所含的酸性物质主要是硫酸和硝酸。煤炭燃烧排出的二氧化硫和石油燃烧排出的氮氧化物是酸雨形成的主要原因。,2018/10/14,31,大气降水的酸度过高，可能会使生态系统受到破坏，毁坏森林、干扰农作物的光合作用，甚至造成毁灭性的破坏。一九八二年六月十八日，重庆市下了一场酸雨，使郊区2万亩水稻叶片突然枯黄，几天后局部枯死。,2018/10/14,32,酸雨还能腐蚀金属结构、破坏建筑物、加速风化作用的进程。酸

14、雨可使土壤、湖泊、河流酸化，导致水生生物的结构发生变化，破坏生态平衡。一些发达国家在发展中曾经造成湖泊的严重酸化，导致鱼类死亡。我国酸雨主要分布在长江以南、青藏高原以东地区，酸雨的破坏逐年加重，区域也在逐渐扩大，造成了严重的经济损失。据统计，酸雨造成的损失每年高达20亿元以上。,2018/10/14,33,什么叫风化作用？ 物理风化中起决定作用的因素是什么？其过程是怎样进行的？ 化学风化有哪些主要形式？影响化学风化作用的因素主要有哪些？ 酸雨是怎么形成的？主要有哪些破坏作用？ 什么是残积物、倒石堆、风化壳？风化壳地质研究中有什么意义？ 什么是土壤？,2018/10/14,34,第二节 剥蚀作用

15、,一、地面流水的剥蚀作用 地面流水是指陆地表面流动着的液态水。它们在重力作用下，沿地表从高处向低处流动。地面流水主要来自大气降水，其次来自冰雪融水和地下水 。,面流的洗刷作用 洪流的地质作用及泥石流 河流的地质作用,2018/10/14,35,河流的侵蚀作用,河流在纵向的特征,2018/10/14,36,河流在横向的特征 （河谷要素）,河谷 河流侵蚀出的槽形凹地。 谷底 河谷底部较平坦的部分。 河床 河水占据的沟槽。 谷坡 谷底至分水岭的斜坡。 阶地 谷坡上的阶梯状平台。,2018/10/14,37,河流的侵蚀作用 河流在从高处向低处流动过程中，以自身的化学动力(溶解力)和机械动力(水力)，并以携带的泥沙和砾石作工具，不断地破坏河床的过程 。,河流的下蚀作用：河水对河床底部岩石破 坏，使河谷加深的过程。 河流的侧蚀作用：河水对河床岩石破坏，使河谷拓宽的过程。,2018/10/14,38,下蚀作用的过程,2018/10/14,39,下蚀作用的结果峡谷地貌,虎跳峡,三峡,2018/10/14,40,河水对河岸的侵蚀,2018/10/14,41,河流的侧蚀作用,由于河水惯性离心力的作用使河水冲向弯曲河床的凹岸，造成凹岸被侵蚀。而凸岸水流减缓，在凸岸河水携带的泥沙就会沉积，河床不断加宽，河曲的曲度变大，形成蛇曲河。蛇曲河最后会裁弯取直。废弃的弯曲河道称为牛轭湖,