《地质地貌学》第六章 风化作用-课件ppt

第六章风化作用§１．风化作用的类型§2.风化作用的产物-风化壳风化作用：组成地壳的岩石在地表的常温、常压下，由于气温变化、气体、水容液及生物的共同作用，在原地遭受破坏的过程。生物风化作用根据岩石遭受破坏的性质及方式物理风化作用化学风化作用　　第一节风化作用的类型物理风化作用：使岩石发生机械破碎，岩石成分不发生变化。化学风化作用：使岩石发生破碎，而且岩石化学成分发生变化。生物风化作用：生物在活动过程中，使岩石发生破坏（机械、化学）。一、物理风化的主要方式热胀冷缩冰劈作用层裂盐类的潮解与结晶　　　由于温差的影响，尤其短时间内温度的骤变，使岩石强烈的热胀冷缩后剥落、碎裂。　　　　　　　1.热胀冷缩①　昼夜温差很大的地区（沙漠地区）日:60-70℃;夜<0℃。岩石内外受热不均　②　岩石由多种矿物组成,不同矿物有不同的膨胀系数，差异性膨胀，破坏了矿物间的结合力。使岩石发生碎裂。热力风化温度变化的速度和幅度对温差风化作用影响较大，变化速度愈快、幅度愈大，岩石的膨胀和收缩交替得也愈快、伸缩量也愈大，岩石破碎得也愈快，所以这种风化作用在干旱的沙漠地区最为常见。2.冰劈作用(冰冻风化作用)　　　相同重量的水结冰时的体积>融化时的体积，岩石裂隙中充填有地表水及地下水，这些水当温度降至０℃时结晶冰，结冰的过程就体积膨胀的过程，对裂隙周围产生压力使裂隙扩大，如果冻结和融化反复交替必然使裂隙增多扩大最终岩石崩裂。　　　●因此昼夜温度在０℃上下波动的地区，岩石的冰劈作用最为强烈。新疆天山冰劈作用主要发生在高寒地区和高山地带，尤以温度在0℃上下波动的地区最为发育。高纬度地区、中纬度高山区发育冰劈作用倒石锥：冰冻风化作用产生的岩石碎屑坠落至山麓堆积而成3.层裂　　地下深处的岩石,若上覆岩石被剥蚀掉，使其出露地表.则上覆岩石压力消除，使得露出地表的岩石产生向上的膨胀，出现一些平行于地面的裂隙。层裂阿尔金山4.盐类的潮解与结晶　　潮解性盐类夜晚吸收水分溶解，白天在阳光蒸发下失水而结晶。对岩石产生力的作用，溶解与结晶交替反复使岩石碎裂。常见于干旱和半干旱地区，其原理类似于冰劈作用。在白天，因温度升高，岩石中含盐分溶液的水分蒸发，盐分过饱和而结晶出来，体积增大，对裂隙周围产生压力，扩大裂隙空间；在夜间，盐类吸收大气中或地下水的水分而溶解，溶液渗入岩石裂隙中。这种作用反复进行，也会使岩石裂隙扩大、崩解。　盐类结晶造成的干裂（科罗拉多，美国）盐结晶作用通常和干旱气候有关，因为强烈的加热引起强烈蒸发，从而产生盐结晶作用。盐结晶作用亦在岸边活跃。盐风化的例子亦可以在海堤上的蜂窝石。盐风化的例子-蜂窝石二、化学风化的主要方式　　溶解作用　水化作用　水解作用　　碳酸化作用　　氧化作用　地表岩石受水、氧及二氧化碳的作用而发生化学成分的变化，并产生新矿物的作用。　　水是溶剂，含一些酸碱物质，具较强溶解能力，溶解岩石中的矿物。　　　　　　不同的矿物有不同的溶解度。方解石>白云石>橄榄石>辉石>角石>长石>石英　　　　水的温度压力及pＨ值等因素的变化对矿物的溶解度有显著影响，升温则矿物溶解度增大。1.溶解作用　2.水化作用　　　有些矿物与水作用时，能吸收水分子加入矿晶格　　　（结晶水结构水）形成新矿物。CaSO4（硬石膏）+2H2O→CaSO4·2H2O（石膏）　3.水解作用　强酸弱碱或强碱弱酸的盐类矿物，遇水后发生水解并与OH－或　H+反应生成新的矿物。造岩矿物多是硅酸盐或硅铝酸盐属于强碱弱酸的盐类。4Ｋ[AlSi308]+6H20Al4[Si4O10][OH]8+8SiO2+4KOH钾长石　　　　　　　　　高岭石　Al4[Si4O10][OH]8+nH202Al2O3•nH20+4SiO2+4H20高岭石铝土矿　3.碳酸化作用溶于水中的CO2形成CO3_、HCO3离子与矿物中金属离子结合成易溶的碳酸盐类，随水流失，原有矿物分解成新矿物。4Ｋ[AlSi308]+4H20+2CO2Al4[Si4O10][OH]8+8SiO2+2K2CO3钾长石　　　　　　　　　高岭石4.氧化作用　　　　　　　　地下一些元素低价化合物的矿物在地表富氧的条件下，转化为高价化合物，原有矿物解体，形成新矿物的过程。氧化作用尤其对金属矿物和含铁矿物的风化表现强烈。　　黄铁矿　　　硫酸亚铁　　　　硫酸铁　　　　褐铁矿　　　　　　　　磁铁矿　　　褐铁矿　　　氧化作用如黄铁矿（FeS2）在水的参与下很快会被氧化成褐铁矿（Fe2O3·nH2O）4Fe2++3O22Fe2O3众多含铁矿物－如铁镁硅酸盐矿物（辉石、闪石、黑云母、橄榄石）在有水参与时会氧化成褐铁矿。黄铁矿遭受氧化作用后变为褐铁矿氧化作用形成的褐铁矿使岩石染色成砖红色生物风化作用生物物理风化作用生物化学风化作用根劈、动物钻洞、挖土。人类活动吸收矿物中某些元素分泌各种酸类溶解岩石微生物的分解作用三、生物风化作用（一）生物物理风化作用指生物活动导致岩石机械破坏的过程。1.根劈作用：树根对岩石的劈裂作用2.穴居动物破坏作用：打洞对岩石造成的破坏作用　生物物理风化之一：根劈根劈作用穴居动物的挖掘作用，虫蚁等的筑巢翻土等都会引起岩石的破坏生长在岩石裂隙中的植物，随着植物的长大，根系也逐渐长大膨胀，对裂隙壁产生挤压，促使岩石裂隙扩大、加深，以致崩解，这种作用在植被茂盛、岩石裂隙发育的地区是非常常见的。（二）生物化学风化作用1.生物的新陈代谢作用——生物生存要吸取养分同时分泌酸性物质，从而破坏矿物岩石。2.生物遗体腐烂分解的产物引起岩石的溶解，从而破坏岩石。菌类、藻类及其他微生物通过它们的生命活动能放出CO2、O2、H2S等气体，这些气体能对矿物岩石进行强烈的化学风化作用。各种风化作用的关系物理风化、化学风化、生物风化　　　　　　　同时发生、相互影响、互相促进　　　物理风化使岩石破碎表面积增大，有利于水溶液的渗透为化学风化提供了良好的条件;化学风化溶解了岩石中易溶物质，改变了岩石的物理性质从而加速了物理风化的进行。物理、化学风化作用又为生物风化的深入创造了条件。　　　　不同的自然条件下表现的风化类型的强弱、主次程度不同。自然界中影响风化的因素是综合起作用的。四、影响风化作用的因素岩石性质气候条件地形条件气候因素　　　干冷地区　　　湿热地区　地表温度　　　　　低　　　　　　高　降水量　　小　　　　　　　　　大　降水性质　　　　　固体　　　　　雨　水溶液性质　　　　　　　　酸性水　生物活动状况　　少　　　　　　多干冷地区：物理风化为主，产物以岩石碎屑为主。湿热地区：化学风化为主，生物风化亦强，矿物分解　　　　　　彻底。产物以大量残留粘土为主，同样的石灰岩在干冷、湿热地区风化作用程度和类型不同。（一）气候条件对风化作用的影响潮湿炎热地区，降水量大，生物繁茂，生物的新陈代谢和尸体分解强烈，化学风化和生物风化十分强烈，速度快，矿物分解彻底。产物以大量粘土（高岭石）为主。4K(AlSi3O8)+6H+→Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH(钾长石)      (高岭石)例如：干冷地区：物理风化为主，程度差，速度慢，产物以岩石碎屑为主。以碱性作用为主，产物以蒙脱石为主。(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2·nH2O风化作用的类型、强度与气候条件　　山区地形条件影响最为突出由山顶到山角不同海拨区气候有明显的垂直分带，因此形成不同高度，风化类型和风化程度不同。　　　　山顶　—　物理风化强烈。　　山角下　—　化学风化和生物风化为主。（二）地形条件对风化作用的影响地势陡：　风化碎屑物很快剥蚀掉，易于物理风　　　化的进行。缓：　生物化学风化为主。（三）岩石性质对风化作用的影响1.岩石类型：　　　出露地表的三大岩类抵抗风化的能力不同。　岩石形成环境与地表环境差别越大抗风化能力越弱(易风化)　　沉积岩　>　　岩浆岩和变质岩　　　　　　　　　沉积岩：（碎屑岩>化学岩和生物岩）岩浆岩：（酸性岩>基性岩）变质岩：　(浅变质>深变质)2.不同矿物成分抗风化能力不同　　　　　　★　单矿物岩石——抗物理风化能力强。　　　　复矿物岩石——抗物理风化能力弱，有利物理风化。　　★不同元素具有不同的化学活性，性质活泼的　　　　　　　　元素易化学风化。　　　★同种元素在不同的矿物中抗风化能力不同。石灰岩中的Ca易风化；斜长石中的Ca难风化★　火成岩中抗风化能力由强　　弱的矿物顺序与鲍温反应系列相反。橄榄石辉石基性斜长石钙）角闪石中性斜长黑云母酸性斜长石（钠）连续系列钾长石白云母石英不连续系列矿物折出顺序抗风化能力增强元素在地表的迁移各种元素（及其化合物）在风化过程中从矿物中析出的难易程度，称为元素的迁移能力。元素的迁移系列SiO2（石英） 5.实际不迁移的Al、Fe、Ti 4.略可迁移的元素SiO2（硅酸盐的）、Mn、P、Ba、Rb、Ni、Cu 3.可迁移的元素K、Ca、Na、Mg、F、Sr、Zn、U 2.易被迁移的元素Cl（Br、B、I）、S 1.极易迁移的元素迁移系列元素的组成元素的迁移系列3.岩石结构、构造对风化作用的影响♦　颗粒均匀　>　粒级差大的岩石♦　基底式胶结　>　孔隙式胶结♦　胶结物成分：Si　>　Ca　>　泥质构造：层理发育易风化结构地质构造不同部位抗风化能力不同　　　　★　背斜顶部：张裂隙发育，易风化　　★　断层带两侧：节理和裂隙多，易风化　凡构造运动造成的岩石裂隙发育的部位有利于风化作用的进行。（四）地质构造对风化作用的影响　　同一地区相同的风化背景条件下，抗风化能力不一致的岩石，表现出程度不等的风化速度。在长期的风化作用下地表形成凹凸不齐的现象。差异风化——差异风化作用差异风化作用　差　异　风　化球状风化——　　由大角度相交的节理切割的火成岩体，在节理处表现出更强烈的风化作用，长期风化的结果造成的浑圆状岩块残留地表的现象。球状风化节理与球状风化球状风化的过程球状风化——澳大利亚“魔鬼的弹子”第二节风化作用的产物-风化壳碎屑物难溶物溶解物残积物风化产物风化壳　　风化的产物呈不连续的薄壳覆盖在基岩上，称风化壳。风化壳中成分类型及薄厚发育状况与基岩有关、与气候有关、与地形有关、与剥蚀作用进程有关。一、风化壳的概念末风化的基岩半风化的岩层土壤残积层风化壳在剖面上常常具有明显的垂直分带型。根据风化程度、风化特征以及其物理力学特性的不同，可将风化壳自上而下划分为4个带：土壤层（全风化带）风化碎石带（强风化带和弱风化带）风化裂隙和块石带（微风化带）未风化的岩层各风化带之间都是逐步过渡的，没有明显的界线。风化剖面物理风化阶段（有机质少，岩屑型风化壳）化学风化阶段（以地表湿热，能彻底风化的花岗岩地区为例）早期（硅铝酸盐型及硅铝—碳酸盐型风化壳）硅铝酸盐中的碱金属和碱土金属（钾、钠、钙、镁等）与溶液中的Cl—，SO42—离子结合，形成氯化物、硫酸盐。氯化物极易被水淋溶带走，常在地表较低处富集，碳酸盐较难溶，常在原地富集，多呈黄—灰黄色，类似黄土状，又称黄土风化壳。二、风化壳的发育阶段与类型中期（硅铝粘土型风化壳或高岭土型风化壳）进一步发育，连碳酸盐也被大量淋失，甚至一些溶为胶体状的SiO2也开始迁移的地区，硅铝酸盐被分解为高岭土，蒙脱石等粘土矿物残留在原地，含铁质多呈灰色。晚期（铁铝型风化壳或砖红壤风化壳）风化作用进行得比较彻底，硅酸盐已全部被分解，可迁移的元素基本都被迁出，仅残留难迁移的铁铝化合物，例如：Al2O3、Fe2O3及耐风化的石英。化学风化阶段大陆上主要的风化壳类型简表化学风化极强，碱和碱土金属离子流失，SiO2大量流失，粘土矿物大部分解，铝土矿、褐铁矿富集铝土矿、褐铁矿、高岭石热带、亚热带湿热地区硅铝-铁质-铝土型（红土型）化学风化强，Fe、Al氧化物淋滤于下层，SiO2富集表层粘土矿物以蒙脱石为主，少量褐铁矿亚热带、温带湿润地区硅铝-粘土型化学风化较强，粘土矿物为主，Mn、Cu、Zn、B和碳酸盐部分残留碳酸盐、粘土矿物、硬锰矿等温带半干旱地区硅铝-碳酸盐型物理风化和初步化学风化，Na,Ca,Mg的氯化物和硫酸盐大量残留石盐、硝石、苏打、硬石膏中纬、低纬干旱地区滨海地带硅铝-氯化物-硫酸盐型物理风化，形成碎屑物原生矿物寒带、高山寒冻地区碎屑型风化程度的标志标型矿物形成条件风化壳类型石灰岩岩溶碎屑饱和硅铝风化壳不饱和硅铝碳酸盐富铝风化壳 含盐风化壳 碎屑硅铝风化壳 紫红色砂页岩