第十章風(fēng)化作用

目的與要求:要求學(xué)生掌握風(fēng)化作用的特點。理解風(fēng)化作用的原理。了解風(fēng)化作用的概念及類型。授課內(nèi)容:1、風(fēng)化作用類型；2、影響風(fēng)化作用的因素；3、風(fēng)化作用的產(chǎn)物、風(fēng)化殼及其研究意義重點、難點:作用原理，產(chǎn)物特征課時:4學(xué)時授課方法：以課堂授課為主，結(jié)合課堂討論。外能是地球外部來源的能量，主要有太陽輻射能、日月引力能、重力能。外動力地質(zhì)作用的范圍只限于地表表層幾米至幾公里深度以內(nèi)。包括風(fēng)化作用、水流、冰川等外表的地質(zhì)作用。礦物、巖石形成時有一定的物理、化學(xué)條件，通常是地下高溫高壓條件。當它們露出地表后，改變了物理、化學(xué)條件時，巖石、礦物穩(wěn)定性將要受到破壞。巖石可以破碎，也可以化學(xué)分解，或形成新的礦物。風(fēng)化作用：由于溫度的變化、大氣(氧氣)、水溶液以及生物的作用，使地表巖石或礦物在原地發(fā)生物理、化學(xué)變化的過程叫風(fēng)化作用。它發(fā)生以后，原來高溫高壓下形成的礦物被破壞，形成一些在常溫常壓下較穩(wěn)定的新礦物，構(gòu)成陸殼表層風(fēng)化層，風(fēng)化層之下的完整的巖石稱為基巖，露出地表的基巖稱為露頭。第一節(jié)風(fēng)化作用的類型一、物理風(fēng)化（機械風(fēng)化）作用1．定義：巖石和礦物發(fā)生機械破碎而不改變其化學(xué)成分的風(fēng)化作用，稱為機械風(fēng)化作用，它是由于溫度變化及巖石空隙中水和鹽分的物態(tài)變化引起的，特征:●機械風(fēng)化與破碎●不能改變化學(xué)成分,不會形成新礦物●溫差大的沙漠、戈壁及干寒地區(qū)表現(xiàn)明顯2.物理風(fēng)化四方式作用方式主要有：1）巖石的熱脹冷縮溫度晝夜變化、季節(jié)變化。日變化影響最大，內(nèi)陸干旱沙漠地區(qū)，晝夜溫差變化、物理風(fēng)化最強烈。如西北沙漠地區(qū)，白天47℃，晚上-3℃，相差50℃.(1)不同礦物脹縮系數(shù)不一，相互脫落。石英31×10-6，長石17×10-6，(2)表里不一。白天，表面受曬膨脹，晚上，表面冷縮，內(nèi)部受熱開始脹?！锵募拘陆衬貐^(qū)、冰達坂的實例(晝夜溫差達60-70多度).2)冰劈作用(干寒區(qū))●巖石裂隙中的水結(jié)冰后體積會增大，達到一定限度后巖石就會崩解滾落?！駰l件：a.巖石有貫通的空隙，可使水滲入并流動（封閉空隙如氣孔不行）；b.有足夠的水分；c.溫度常在冰點上下波動?！锔珊畢^(qū)（烏市）的馬路、道路與經(jīng)濟發(fā)展3）層裂或卸載作用fracture&unloading深部巖石上升減壓會造成向上或向外的膨漲,產(chǎn)生與地面平行的膨脹節(jié)理.★黃山?jīng)]有層理的花崗巖區(qū);新疆凝灰?guī)r地區(qū);南方采石場。4）鹽分結(jié)晶撐裂作用●巖石中多含鹽類,這些鹽分在晚上因吸收大氣水分會潮解,并滲入巖石內(nèi)部，溶解所經(jīng)巖石中鹽分。白天烈日照曬,使地下水沿巖石裂隙上升蒸發(fā),巖石中鹽分飽和結(jié)晶、撐裂巖石?！袢绱朔磸?fù),使巖石崩解?！癜l(fā)生在蒸發(fā)量大于降水量的半干旱地區(qū)。機械風(fēng)化作用可以形成倒石錐地貌。二、化學(xué)風(fēng)化作用1.特征:●不僅破壞巖石，而且使其化學(xué)成分變化、并形成新礦物?！駧r石在水、氧、二氧化碳作用下,產(chǎn)生化學(xué)分解?！駵貪竦哪戏降貐^(qū)表現(xiàn)明顯。氧、水溶液不僅使地表附近的巖石發(fā)生破碎，而且使它們的化學(xué)成分發(fā)生改變，這就是化學(xué)風(fēng)化作用。通過化學(xué)反應(yīng)，使那些在地表條件下不穩(wěn)定的礦物變成另一種新的礦物(它適應(yīng)地表環(huán)境)。2.化學(xué)風(fēng)化五種方式1）溶解作用使礦物發(fā)生部分溶解分化的作用。任何礦物都溶于水，只是溶解度有大有小。●易溶物質(zhì)的流失將導(dǎo)致巖石空隙加大,加速剝蝕。●大多數(shù)礦物可溶解于水，但溶解度不同。每公斤25度的純水中，可溶解：1/340g云母,1/115g滑石,1.5/100g方解石,2.1g硬石膏,320g巖鹽●影響溶解度的因素：溫度、壓力、PH值。CaCO3+CO2+H2O-->Ca(HCO3)2方解石(重碳酸鈣)2）水化作用有些礦物吸引一定數(shù)量的水。石膏+H2O-->硬石膏●礦物加水會形成含水礦物(CaSO4+2H2O=CaSO4·2H2O),從而使體積膨脹、硬度降低?！裼行┑V物能吸收一定水參加到礦物品格中，形成含水分子的礦物。3）水解作用水和礦物相結(jié)合的一種化學(xué)反應(yīng)。正長石+H2O-->高嶺石+。.●弱酸強堿鹽或強酸弱堿鹽,遇水會解離成帶不同電荷的離子，這些離子分別與水中的H+、OH-發(fā)生反應(yīng)，形成含OH-的新礦物，稱為水解?！袼猓衡涢L石→高嶺土(富集)+SiO2(帶走)+K(OH)(帶走)進一步水解：高嶺土→鋁土礦(耐火材料富集)+SiO2(帶走)4）碳酸化作用含CO2的水溶液和某些礦物中K、Na、Ca等金屬陽離子結(jié)合,可形成隨水遷移的碳酸鹽礦物。如鉀長石+H2O+CO2→高嶺土（富集）+8SiO2+2K2CO3●斜長石易碳酸化,可使很硬的花崗巖被瓦解！●碳酸鉀有利于植物生長,因而花崗巖地區(qū)(富長石)植被發(fā)育。5）氧化作用礦物被氧化后可形成新礦物；在地表富氧條件下某些礦物中的元素可從低價變?yōu)楦邇r。如黃鐵礦或磁鐵礦→褐鐵礦（見P．136）●松散褐鐵礦及反應(yīng)中產(chǎn)生的硫酸,導(dǎo)致巖石破壞?！竦乇砗骤F礦常是地下大礦的表層標志,稱為鐵帽?！窈S鐵礦較多的巖石不宜作建筑、裝潢材料。●暗色礦物黑云母、角閃石含量高的花崗巖，容易風(fēng)化，不是好的建筑材料?？諝庵?/5氧黃鐵礦FeS2(++)氧化成褐鐵礦Fe2O3.H2O(3+)，由銅黃色變?yōu)楹旨t色，顏色變深，結(jié)構(gòu)變疏松。在地表稱鐵帽，地下連著礦床。經(jīng)過徹底的化學(xué)風(fēng)化作用，一切活潑的元素均從礦物中風(fēng)化出來并隨水流失，只有性質(zhì)穩(wěn)定的元素舅Fe，Mn，Al，Ni等才殘留原地，如果這些元素富集到具有工業(yè)價值時，就成為殘余礦床。三、生物風(fēng)化作用生物的生命活動過程和尸體腐爛分解過程對巖石的破壞作用有機械和化學(xué)兩種方式：1.生物的機械風(fēng)化作用植物根對巖石的破壞，如蘇州天平山花崗巖中的根劈、天山雪蓮的根劈snowlotus，蚯蚓等鉆洞，人類活動如挖洞、采礦等對巖石進行破碎。2.生物的化學(xué)風(fēng)化作用生物死亡后，腐爛分解形成一種腐植質(zhì)(膠狀的物質(zhì))，是一種有機酸，對巖石起腐蝕作用。地殼表層巖石經(jīng)機械破碎，化學(xué)風(fēng)化后形成的松散物，再經(jīng)過生物的化學(xué)風(fēng)化作用，增加了有機物質(zhì)---腐殖質(zhì)，這種具有腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)、水和空氣的松散物質(zhì)叫做土壤。第二節(jié)影響風(fēng)化作用的因素風(fēng)化作用的速度主要取決于自然地理條件和組成巖石的礦物性質(zhì)。一、氣候氣候寒冷或干燥地區(qū)，生物稀少，寒冷地區(qū)降水以固態(tài)形式為主，干旱區(qū)降水很少。以物理風(fēng)化作用為主，化學(xué)和生物風(fēng)化為次。巖石破碎，但很少有化學(xué)風(fēng)化形成的粘土礦物，以生物風(fēng)化為主形成的土壤也很薄。氣候潮濕炎熱地區(qū)，降水量大，生物繁茂，生物的新陳代謝和尸體分解過程產(chǎn)生的大量有機酸，具有較強的腐蝕能力，故化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化都十分強烈，形成大量粘土，在有利的條件下可形成殘積礦床?？尚纬奢^厚的土壤層。北方:花崗巖(低山、圓滑的山頭);灰?guī)r(高山)南方:花崗巖(高山峻嶺),灰?guī)r(低山溶洞)二、地形條件地形影響氣候，間接影響風(fēng)化作用；另一方面，陡坡上，地下水位低，生物較少，以物理風(fēng)化為主.地勢平坦，受生物影響較大，化學(xué)風(fēng)化作用為主。三、巖石的特征1.成分(1)巖漿巖比變質(zhì)巖和沉積巖易于風(fēng)化。巖漿形成于高溫高壓，礦物質(zhì)種類多(內(nèi)部礦物抗風(fēng)化能力差異大).(2)巖漿巖中基性巖比酸性巖易于風(fēng)化，基性巖中暗色礦物較多，顏色深，易于吸熱、散熱.(3)沉積巖易溶巖石(如石膏、碳酸鹽類等巖石)比其它沉積巖易于風(fēng)化.差異風(fēng)化：在相同的條件下，不同礦物組成的巖塊由于風(fēng)化速度不等，巖石表面凹凸不平；或由不同巖性組成的巖層，抗風(fēng)化能力弱的巖層形成相互平行的溝槽，砂巖、頁巖互層，頁巖呈溝槽。通過差異風(fēng)化，我們可以確定巖層產(chǎn)狀。2.巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造(1)巖石結(jié)構(gòu)較疏松的易于風(fēng)化；(2)不等粒易于風(fēng)化，粒度粗者較細者易于風(fēng)化；(3)構(gòu)造破碎帶易于風(fēng)化，往往形成洼地或溝谷。球形風(fēng)化：在節(jié)理發(fā)育的厚層砂巖或塊狀巖漿巖中，巖石常被風(fēng)化成球形或橢圓形，這種現(xiàn)象叫做球形風(fēng)化，它是物理風(fēng)化為和化學(xué)風(fēng)化聯(lián)合作用的結(jié)果。球形風(fēng)化的主要條件有：(1)巖石具厚層或塊狀構(gòu)造；(2)發(fā)育幾組交叉裂隙；(3)巖石難于溶解；(4)巖石主要為等粒結(jié)構(gòu)。3.節(jié)理發(fā)育者易風(fēng)化:試劍石、石桌(蘇州虎丘），鯽魚背（黃山）被三組以上裂隙切割出來的巖塊，外部棱角明顯，在風(fēng)化作用過程中，棱角首先被風(fēng)化，最后成球狀。球狀風(fēng)化：節(jié)理包圍的碎塊，在化學(xué)風(fēng)化（水溶液）、物理風(fēng)化（溫度變化）下，棱角消失，圓化成球狀；以化學(xué)風(fēng)化為主?；◢弾r、閃長巖、輝長巖、厚層砂巖,塊狀、等粒巖石易形成球狀風(fēng)化;與結(jié)核的區(qū)別是成分是否一致。第三節(jié)風(fēng)化作用的產(chǎn)物、風(fēng)化殼及其研究意義一．風(fēng)化產(chǎn)物的類型1.不同的巖石有不同的風(fēng)化產(chǎn)物2.風(fēng)化產(chǎn)物構(gòu)成a.碎屑:機械風(fēng)化的碎塊b.易溶物質(zhì)：Ka，Na，Ca，Mgc.難溶物質(zhì)：Fe，Al3.研究風(fēng)化產(chǎn)物的目的:推測母巖的性質(zhì)、尋找原生礦體Au,Cu,Ni等.二．殘積物：巖石風(fēng)化后殘留原地的物質(zhì),以風(fēng)化殼為標志。巖石經(jīng)風(fēng)化后部分易熔物質(zhì)被水帶走流失，余下的碎屑巖和化學(xué)風(fēng)化中形成的一些新礦物便殘留原地，這些殘留在原地的風(fēng)化產(chǎn)物稱殘積物.殘積物的礦物組成、化學(xué)成分、顏色與下伏地層(原巖)有一定的關(guān)系，它們常具有棱角，無分選性，無層理，向下逐漸過渡到基巖，在存在生物活動物的地區(qū)，殘積物頂部發(fā)育成土壤.三、風(fēng)化殼風(fēng)化殼：殘積物和土壤在大陸地殼表層構(gòu)成一層不連續(xù)的薄殼，稱之為風(fēng)化殼.2.風(fēng)化殼可由一層殘積物組成，也可由幾層風(fēng)化分解程度不同的殘積物組成，而且層與層之間常逐漸過渡而無明顯分界線。由于風(fēng)化作用以地表最強烈，并向深處減弱，故具垂直分帶。一個完整的風(fēng)化殼在剖面上，從下往上可分為以下幾層：層1：未經(jīng)風(fēng)化的基巖.層2：半風(fēng)化層，巖石機械破碎成碎塊.層3：殘積層，物理和化學(xué)風(fēng)化，由下而上，風(fēng)化程度由淺至深，碎屑顆粒由大變小.層4：土壤層，經(jīng)受長期物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用，形成土壤。在沒有生物風(fēng)化作用的地區(qū)土壤層缺失.3.風(fēng)化殼的厚度和成分因地而異，一般潮濕炎熱氣候區(qū)，風(fēng)化殼厚度大，并有可能形成Fe，Mn，Al，Ni等殘積礦床(風(fēng)化殼型礦床)，干旱地區(qū)風(fēng)化殼薄，常僅數(shù)十厘米且結(jié)構(gòu)簡單。古風(fēng)化殼：風(fēng)化殼若為后來沉積物所覆