風(fēng)化作用與風(fēng)化殼第五章風(fēng)化作用與風(fēng)化殼第五章1本章主要內(nèi)容：概述物理風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用風(fēng)化作用的速度風(fēng)化殼簡介第5章風(fēng)化作用與風(fēng)化殼本章主要內(nèi)容：概述第5章風(fēng)化作用與風(fēng)化殼21、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化的過程。所形成的產(chǎn)物不發(fā)生顯著位移。這與侵蝕/剝蝕作用（運動的地質(zhì)營力－如風(fēng)、流水、冰川等－將巖石顆粒移離原地）有明顯區(qū)別。主要發(fā)生在地表或近地表處，向下逐漸減弱以至停止－風(fēng)化層：巖石遭受風(fēng)化作用后形成的一層風(fēng)化產(chǎn)物（碎屑、蝕變物、殘留物）－基巖:風(fēng)化層之下未遭受風(fēng)化作用的巖石1、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作31、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化的過程。風(fēng)化作用物理風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用巖石在風(fēng)化營力作用下發(fā)生機械破碎巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分解/蝕變產(chǎn)物：巖石碎塊、碎屑產(chǎn)物：溶解物、新生物、殘留物1、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作42、物理風(fēng)化作用剝離作用冰劈作用（冰凍風(fēng)化作用）層裂作用根劈作用－巖石在風(fēng)化營力作用下發(fā)生機械破碎2、物理風(fēng)化作用剝離作用－巖石在風(fēng)化營力作用下發(fā)生機械破碎5晝夜/季節(jié)溫度變化巖石表面和內(nèi)部不均勻膨脹－收縮巖石表層呈鱗片狀層層脫落

剝離作用晝夜/季節(jié)溫度變化6冰劈倒石錐

冰劈作用晝夜溫度在冰點上下變化巖石裂縫中的水結(jié)冰、體積膨脹（9％）巖石破裂崩解冰劈倒石錐晝夜溫度在冰點上下變化7冰凍風(fēng)化作用高緯度地區(qū)、中緯度高山區(qū)最甚冰凍風(fēng)化作用高緯度地區(qū)、中緯度高山區(qū)最甚8倒石錐：冰凍風(fēng)化作用產(chǎn)生的巖石碎屑墜落至山麓堆積而成倒石錐：冰凍風(fēng)化作用產(chǎn)生的巖石碎屑墜落至山麓堆積而成9倒石錐倒石錐10

層裂作用深部巖石被抬升、出露地表因“卸載”導(dǎo)致巖石體積膨脹（外層較內(nèi)部膨脹更甚）形成平行地表的裂隙（層狀節(jié)理）深部巖石被抬升、出露地表11層裂作用層裂作用12層裂作用層裂作用13

根劈作用“生物物理風(fēng)化作用”生長在裂隙中的植物的根系使裂隙擴大、引起巖石崩解“生物物理風(fēng)化作用”14根劈作用根劈作用15物理風(fēng)化作用改變表面積/體積比，使化學(xué)風(fēng)化作用更易進行表面積＝6m2單個礫石，邊長約為1m沿裂縫破裂開表面積＝12m28個碎塊，每個邊長約為0.5m體積＝(0.5)3

8=1m3體積＝1m3物理風(fēng)化作用改變表面積/體積比，使化學(xué)風(fēng)化作用更易進行表面積16碎塊大小為原始巖塊大小的1/2表面積2碎塊大小為原始巖塊大小的1/4表面積4碎塊大小為原始巖塊大小的1/8表面積8物理風(fēng)化作用改變表面積/體積比，使化學(xué)風(fēng)化作用更易進行碎塊大小為原始巖塊大小的1/2碎塊大小為原始巖塊大小的1/4173、化學(xué)風(fēng)化作用氧化作用溶解作用水解作用－巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分解/蝕變3、化學(xué)風(fēng)化作用氧化作用－巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分183、化學(xué)風(fēng)化作用1）氧化作用空氣中約21％是氧氣在潮濕空氣中氧化作用很強有機化合物、低價氧化物、硫化物最易遭受氧化作用黃鐵礦遭受氧化作用后變?yōu)楹骤F礦如黃鐵礦（FeS2）在水的參與下很快會被氧化成褐鐵礦（Fe2O3·nH2O）眾多含鐵礦物－如鐵鎂硅酸鹽礦物（輝石、閃石、黑云母、橄欖石）在有水參與時會氧化成褐鐵礦。4Fe2++3O22Fe2O33、化學(xué)風(fēng)化作用1）氧化作用空氣中約21％是氧氣黃鐵礦遭受19氧化作用形成的褐鐵礦使巖石染色成磚紅色氧化作用形成的褐鐵礦使巖石染色成磚紅色203、化學(xué)風(fēng)化作用2）溶解作用酸性溶液使巖石、礦物分解破壞的過程空氣中的CO2

使雨水呈弱酸性（pH5.5-6)土壤中生物的呼吸作用及有機質(zhì)的腐爛產(chǎn)生CO2

、形成碳酸及有機酸燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）會釋放出CO2、NO2、SO2，形成“酸雨”（pH2-4)石林（中國）有些礦物可被完全溶解：

CaCO3＋CO2＋H2OCa2＋＋HCO3－

3、化學(xué)風(fēng)化作用2）溶解作用酸性溶液使巖石、礦物分解破壞的21空氣中的部分CO2溶解在雨滴中，形成碳酸（H2CO3）一小部分H2CO2離子化，形成氫離子(H＋)和重碳酸根離子(HCO3－),使雨滴略顯酸性略顯酸性的水將長石中的鉀離子和二氧化硅溶解出來把長石變?yōu)檎惩恋V物高嶺石溶出的鉀離子(K＋)和重碳酸根離子(HCO3－)進入地下水或河流長石的溶解過程有些礦物在溶液作用下被變成新的礦物（如長石高嶺石）空氣中的部分CO2溶解在雨滴中，形成碳酸（H2CO3）一小部22Fig.6.2土壤層中的被溶蝕的長石Fig.6.2土壤層中的被溶蝕的長石23酸雨的效果：風(fēng)化前酸雨的效果：24酸雨的效果：風(fēng)化后酸雨的效果：253、化學(xué)風(fēng)化作用3）水解作用礦物遇水后結(jié)構(gòu)改變、形成帶OH－的新礦物當水中溶有CO2時，水解作用加速進行如長石的水解：KAISi3O8＋H2OAI4(Si4O10)(OH)8＋SiO2＋KOH

(正長石)

(高嶺石)在濕熱氣候條件下高嶺石還會繼續(xù)水解，最后形成鋁土礦和二氧化硅。二氧化硅呈膠體溶液帶走，殘留下鋁土礦：AI4(Si4O10)(OH)8＋H2OAI2O3H2O＋SiO2(高嶺石)

(鋁土礦)

3、化學(xué)風(fēng)化作用3）水解作用礦物遇水后結(jié)構(gòu)改變、形成帶OH264、風(fēng)化作用的速度影響風(fēng)化作用速度的主要因素巖石性質(zhì)氣候條件構(gòu)造條件高寒、干燥地區(qū)：生物稀少、降水呈固態(tài)或很少－盛行物理風(fēng)化作用炎熱、潮濕地區(qū)：生物繁茂、降水充沛、溫度高－化學(xué)風(fēng)化作用強烈礦物成分與化學(xué)成分：晶體格架穩(wěn)定性；單礦巖/復(fù)礦巖；礦物顏色－風(fēng)化作用速度、程度、產(chǎn)物裂縫發(fā)育程度：裂縫發(fā)育－便于水溶液和生物活動，更易風(fēng)化4、風(fēng)化作用的速度影響風(fēng)化作用速度的主要因素巖石性質(zhì)高寒、27差異風(fēng)化-相同風(fēng)化條件下，由于巖石性質(zhì)不同（抗風(fēng)化能力不同）表現(xiàn)出的不同風(fēng)化程度差異風(fēng)化28地表地表差異風(fēng)化作用使金剛石富集金剛石金剛石管風(fēng)化作用使金剛石富集金剛石由“金剛石管”（從上地幔升起的碎裂的超基性巖柱）帶至地表。金剛石在形成時散布于金剛石管內(nèi)；超基性巖在地表被風(fēng)化剝蝕，抗風(fēng)化的金剛石形成富集。地表地表差異風(fēng)化作用使金剛石富集金剛石金剛石管風(fēng)化作用使金剛29“球狀風(fēng)化”物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化共同作用的結(jié)果

形成于有幾組交叉裂隙的厚層砂巖和塊狀巖漿巖“球狀風(fēng)化”物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化共同作用的結(jié)果30巖塊的棱角處更易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化（流體有更多的接觸面）巖塊的棱角處更易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化31球狀風(fēng)化球狀風(fēng)化32球狀風(fēng)化球狀風(fēng)化33球狀風(fēng)化

－“魔鬼的彈子”，澳大利亞球狀風(fēng)化34受節(jié)理控制的風(fēng)化作用受節(jié)理控制的風(fēng)化作用35硬石膏層中被溶解擴大的節(jié)理硬石膏層中被溶解擴大的節(jié)理36

1.碎屑物質(zhì)——主要是物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物，也有一部分是巖石在化學(xué)風(fēng)化過程種完全分解的礦物碎屑。包括巖石碎屑和礦物碎屑，是碎屑沉積物的重要來源。

2.溶解物質(zhì)——是化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用的產(chǎn)物。一部分是以溶液形式被水帶走（K、Na、Ca、Mg等元素的碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物以及少數(shù)Mn、P氧化物），它是化學(xué)沉積物的主要來源。另一部分是SiO2以膠體溶液形式被水帶走。

3.難溶物質(zhì)——一些相對不活躍的Fe、Al等元素殘留物在原地，形成褐鐵礦、粘土礦和鋁土礦。5、風(fēng)化作用的產(chǎn)物1.碎屑物質(zhì)——主要是物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物，也有一部分是巖37殘積物——巖石風(fēng)化后在原地殘留的物質(zhì)稱為殘積物。殘積物的特征：3.表面較平坦,底界起伏不平與基巖是過渡關(guān)系,具有垂直分帶性

1.成分主要為殘留原地的碎屑物以及新形成的礦物。2.巖石碎屑物質(zhì)大小不均，棱角顯著，結(jié)構(gòu)松散，不具層理。5、風(fēng)化作用的產(chǎn)物殘積物——巖石風(fēng)化后在原地殘留的物質(zhì)稱為殘積物。殘積物的特征38

——在大陸地殼的表層由風(fēng)化殘積物組成的一層不連續(xù)的薄殼稱為風(fēng)化殼。厚度一般為數(shù)厘米至數(shù)十米。如果被較新的巖石覆蓋而保存下來的風(fēng)化殼稱為古風(fēng)化殼。1、風(fēng)化殼的分層土壤層殘積層(碎屑層)半風(fēng)化層基巖6、風(fēng)化殼——在大陸地殼的表層由風(fēng)化殘積物組成的一層不連續(xù)的薄殼39風(fēng)化殼中可形成一些有經(jīng)濟價值的殘余型礦床和殘積砂礦；如Fe、Mn、Al、Ni和粘土礦等殘余礦床，金、金剛石等殘積砂礦。古風(fēng)化殼還是很好的儲集空間，它是油氣和其它礦床儲集的有利場所。從古風(fēng)化殼特征可推斷古地理、古氣候條件。風(fēng)化殼也給工程施工帶來一定困難，甚至造成災(zāi)害。因此，查明地下風(fēng)化殼特征在工程建筑上也具有十分重要的意義。6、風(fēng)化殼的意義風(fēng)化殼中可形成一些有經(jīng)濟價值的殘余型礦床和殘積砂礦；如Fe、40風(fēng)化作用與風(fēng)化殼第五章風(fēng)化作用與風(fēng)化殼第五章41本章主要內(nèi)容：概述物理風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用風(fēng)化作用的速度風(fēng)化殼簡介第5章風(fēng)化作用與風(fēng)化殼本章主要內(nèi)容：概述第5章風(fēng)化作用與風(fēng)化殼421、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化的過程。所形成的產(chǎn)物不發(fā)生顯著位移。這與侵蝕/剝蝕作用（運動的地質(zhì)營力－如風(fēng)、流水、冰川等－將巖石顆粒移離原地）有明顯區(qū)別。主要發(fā)生在地表或近地表處，向下逐漸減弱以至停止－風(fēng)化層：巖石遭受風(fēng)化作用后形成的一層風(fēng)化產(chǎn)物（碎屑、蝕變物、殘留物）－基巖:風(fēng)化層之下未遭受風(fēng)化作用的巖石1、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作431、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作用，使巖石在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化的過程。風(fēng)化作用物理風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用巖石在風(fēng)化營力作用下發(fā)生機械破碎巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分解/蝕變產(chǎn)物：巖石碎塊、碎屑產(chǎn)物：溶解物、新生物、殘留物1、概述風(fēng)化作用：由于溫度的變化、以及大氣、水溶液、生物的作442、物理風(fēng)化作用剝離作用冰劈作用（冰凍風(fēng)化作用）層裂作用根劈作用－巖石在風(fēng)化營力作用下發(fā)生機械破碎2、物理風(fēng)化作用剝離作用－巖石在風(fēng)化營力作用下發(fā)生機械破碎45晝夜/季節(jié)溫度變化巖石表面和內(nèi)部不均勻膨脹－收縮巖石表層呈鱗片狀層層脫落

剝離作用晝夜/季節(jié)溫度變化46冰劈倒石錐

冰劈作用晝夜溫度在冰點上下變化巖石裂縫中的水結(jié)冰、體積膨脹（9％）巖石破裂崩解冰劈倒石錐晝夜溫度在冰點上下變化47冰凍風(fēng)化作用高緯度地區(qū)、中緯度高山區(qū)最甚冰凍風(fēng)化作用高緯度地區(qū)、中緯度高山區(qū)最甚48倒石錐：冰凍風(fēng)化作用產(chǎn)生的巖石碎屑墜落至山麓堆積而成倒石錐：冰凍風(fēng)化作用產(chǎn)生的巖石碎屑墜落至山麓堆積而成49倒石錐倒石錐50

層裂作用深部巖石被抬升、出露地表因“卸載”導(dǎo)致巖石體積膨脹（外層較內(nèi)部膨脹更甚）形成平行地表的裂隙（層狀節(jié)理）深部巖石被抬升、出露地表51層裂作用層裂作用52層裂作用層裂作用53

根劈作用“生物物理風(fēng)化作用”生長在裂隙中的植物的根系使裂隙擴大、引起巖石崩解“生物物理風(fēng)化作用”54根劈作用根劈作用55物理風(fēng)化作用改變表面積/體積比，使化學(xué)風(fēng)化作用更易進行表面積＝6m2單個礫石，邊長約為1m沿裂縫破裂開表面積＝12m28個碎塊，每個邊長約為0.5m體積＝(0.5)3

8=1m3體積＝1m3物理風(fēng)化作用改變表面積/體積比，使化學(xué)風(fēng)化作用更易進行表面積56碎塊大小為原始巖塊大小的1/2表面積2碎塊大小為原始巖塊大小的1/4表面積4碎塊大小為原始巖塊大小的1/8表面積8物理風(fēng)化作用改變表面積/體積比，使化學(xué)風(fēng)化作用更易進行碎塊大小為原始巖塊大小的1/2碎塊大小為原始巖塊大小的1/4573、化學(xué)風(fēng)化作用氧化作用溶解作用水解作用－巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分解/蝕變3、化學(xué)風(fēng)化作用氧化作用－巖石在氧、水溶液作用下發(fā)生礦物分583、化學(xué)風(fēng)化作用1）氧化作用空氣中約21％是氧氣在潮濕空氣中氧化作用很強有機化合物、低價氧化物、硫化物最易遭受氧化作用黃鐵礦遭受氧化作用后變?yōu)楹骤F礦如黃鐵礦（FeS2）在水的參與下很快會被氧化成褐鐵礦（Fe2O3·nH2O）眾多含鐵礦物－如鐵鎂硅酸鹽礦物（輝石、閃石、黑云母、橄欖石）在有水參與時會氧化成褐鐵礦。4Fe2++3O22Fe2O33、化學(xué)風(fēng)化作用1）氧化作用空氣中約21％是氧氣黃鐵礦遭受59氧化作用形成的褐鐵礦使巖石染色成磚紅色氧化作用形成的褐鐵礦使巖石染色成磚紅色603、化學(xué)風(fēng)化作用2）溶解作用酸性溶液使巖石、礦物分解破壞的過程空氣中的CO2

使雨水呈弱酸性（pH5.5-6)土壤中生物的呼吸作用及有機質(zhì)的腐爛產(chǎn)生CO2

、形成碳酸及有機酸燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）會釋放出CO2、NO2、SO2，形成“酸雨”（pH2-4)石林（中國）有些礦物可被完全溶解：

CaCO3＋CO2＋H2OCa2＋＋HCO3－

3、化學(xué)風(fēng)化作用2）溶解作用酸性溶液使巖石、礦物分解破壞的61空氣中的部分CO2溶解在雨滴中，形成碳酸（H2CO3）一小部分H2CO2離子化，形成氫離子(H＋)和重碳酸根離子(HCO3－),使雨滴略顯酸性略顯酸性的水將長石中的鉀離子和二氧化硅溶解出來把長石變?yōu)檎惩恋V物高嶺石溶出的鉀離子(K＋)和重碳酸根離子(HCO3－)進入地下水或河流長石的溶解過程有些礦物在溶液作用下被變成新的礦物（如長石高嶺石）空氣中的部分CO2溶解在雨滴中，形成碳酸（H2CO3）一小部62Fig.6.2土壤層中的被溶蝕的長石Fig.6.2土壤層中的被溶蝕的長石63酸雨的效果：風(fēng)化前酸雨的效果：64酸雨的效果：風(fēng)化后酸雨的效果：653、化學(xué)風(fēng)化作用3）水解作用礦物遇水后結(jié)構(gòu)改變、形成帶OH－的新礦物當水中溶有CO2時，水解作用加速進行如長石的水解：KAISi3O8＋H2OAI4(Si4O10)(OH)8＋SiO2＋KOH

(正長石)

(高嶺石)在濕熱氣候條件下高嶺石還會繼續(xù)水解，最后形成鋁土礦和二氧化硅。二氧化硅呈膠體溶液帶走，殘留下鋁土礦：AI4(Si4O10)(OH)8＋H2OAI2O3H2O＋SiO2(高嶺石)

(鋁土礦)

3、化學(xué)風(fēng)化作用3）水解作用礦物遇水后結(jié)構(gòu)改變、形成帶OH664、風(fēng)化作用的速度影響風(fēng)化作用速度的主要因素巖石性質(zhì)氣候條件構(gòu)造條件高寒、干燥地區(qū)：生物稀少、降水呈固態(tài)或很少－盛行物理風(fēng)化作用炎熱、潮濕地區(qū)：生物繁茂、降水充沛、溫度高－化學(xué)風(fēng)化作用強烈礦物成分與化學(xué)成分：晶體格架穩(wěn)定性；單礦巖/復(fù)礦巖；礦物顏色－風(fēng)化作用速度、程度、產(chǎn)物裂縫發(fā)育程度：裂縫發(fā)育－便于水溶液和生物活動，更易風(fēng)化4、風(fēng)化作用的速度影響風(fēng)化作用速度的主要因素巖石性質(zhì)高寒、67差異風(fēng)化-相同風(fēng)化條件下，由于巖石性質(zhì)不同（抗風(fēng)化能力不同）表現(xiàn)出的不同風(fēng)化程度差異風(fēng)化68地表地表差異風(fēng)化作用使金剛石富集金剛石金剛石管風(fēng)化作用使金剛石富集金剛石由“金剛石管”（從上地幔升起的碎裂的超基性巖柱）帶至地表。金剛石在形成時散布于金剛石管內(nèi)；超基性巖在地表被風(fēng)化剝蝕，抗風(fēng)化的金剛石形成富集。地表地表差異風(fēng)化作用使金剛石富集金剛石金剛石管風(fēng)化作用使金剛69“球狀風(fēng)化”物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化共同作用的結(jié)果

形成于有幾組交叉裂隙的厚層砂巖和塊狀巖漿巖“球狀風(fēng)化”物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化共同作用的結(jié)果70巖塊的棱角處更易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化（流體有更多的接觸面）巖塊的棱角處更易發(fā)生化學(xué)風(fēng)化71球狀風(fēng)化球狀風(fēng)化72球狀風(fēng)化球狀風(fēng)化73球狀風(fēng)化

－“魔鬼的彈子”，澳大利亞球狀風(fēng)化74受節(jié)理控制的風(fēng)化作用受節(jié)理控制的風(fēng)化作用75硬石膏層中被溶解擴大的節(jié)理硬石膏層中被溶解擴大的節(jié)理76

1.碎屑物質(zhì)——主要是物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物，也有