一、巖石風(fēng)化現(xiàn)象：自然書寫的“變化之書”演講人巖石風(fēng)化現(xiàn)象：自然書寫的“變化之書”01巖石風(fēng)化的原因：多因素交織的“自然工坊”02巖石風(fēng)化的意義：地球循環(huán)的“隱形推手”03目錄2025小學(xué)六年級(jí)科學(xué)上冊(cè)巖石的風(fēng)化現(xiàn)象與原因課件引言：當(dāng)我們與巖石“對(duì)話”時(shí)站在學(xué)校后山的觀景臺(tái)上，我常帶學(xué)生們觀察那片裸露的花崗巖。三年前，這塊巖石表面還平滑如鏡，如今卻布滿細(xì)密的裂紋，邊角處甚至有碎石剝落?！袄蠋?，石頭怎么‘生病’了？”孩子們仰著好奇的小臉問。這正是我們今天要探討的主題——巖石的風(fēng)化現(xiàn)象與原因。作為一線科學(xué)教師，我深知，讓學(xué)生理解“看似堅(jiān)硬的巖石也會(huì)‘變化’”，是打開地球物質(zhì)循環(huán)認(rèn)知的第一把鑰匙。接下來，我們將沿著“現(xiàn)象觀察—原因探究—意義理解”的脈絡(luò)，揭開巖石風(fēng)化的奧秘。01巖石風(fēng)化現(xiàn)象：自然書寫的“變化之書”1什么是巖石風(fēng)化？要理解風(fēng)化，我們先從“變化”入手。教材中對(duì)風(fēng)化的定義是：在自然環(huán)境中，巖石受溫度、水、大氣及生物等因素的影響，發(fā)生崩解、破碎或成分改變的現(xiàn)象。這個(gè)定義有兩個(gè)關(guān)鍵詞：“自然環(huán)境”（非人為破壞）和**“變化”**（物理形態(tài)或化學(xué)組成的改變）。舉個(gè)例子：去年春游時(shí)，我們?cè)谏焦壤镆娺^一塊裂開的巨石（展示照片）。它原本是完整的，如今中間出現(xiàn)了一條寬約10厘米的裂縫，裂縫周圍的巖石碎屑散落在地。這就是典型的風(fēng)化現(xiàn)象——巖石從整體逐漸變?yōu)樗槠?，甚至最終成為土壤的一部分。2常見風(fēng)化現(xiàn)象的觀察維度為了更系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)風(fēng)化，我們可以從形態(tài)變化和成分變化兩個(gè)維度觀察：2常見風(fēng)化現(xiàn)象的觀察維度2.1形態(tài)變化類現(xiàn)象（物理風(fēng)化的表現(xiàn)）01表面破碎：如學(xué)校圍墻邊的石灰?guī)r，原本光滑的表面現(xiàn)在布滿小米粒大小的凹坑，用手觸摸能感覺到粗糙的顆粒。這是巖石表層逐漸剝落的結(jié)果。02整體開裂：山區(qū)公路旁的巖層常能看到“棋盤狀”裂縫（展示圖片），這些裂縫將巖石切割成塊狀，就像用刀切開的蛋糕。03體積縮小：沙漠地區(qū)的“風(fēng)蝕蘑菇”（展示圖片），下部因長(zhǎng)期被風(fēng)沙打磨，比上部更細(xì)，整體體積逐漸減小。2常見風(fēng)化現(xiàn)象的觀察維度2.2成分變化類現(xiàn)象（化學(xué)風(fēng)化的表現(xiàn)）顏色改變：紅色砂巖暴露在潮濕環(huán)境中，表面會(huì)逐漸變深，這是其中的鐵元素與水、氧氣反應(yīng)生成了更穩(wěn)定的氧化鐵（鐵銹的主要成分）。質(zhì)地變軟：我曾帶學(xué)生用指甲劃新鮮花崗巖（劃不動(dòng)）和風(fēng)化多年的花崗巖（能劃出白痕），后者因長(zhǎng)石等礦物被分解，質(zhì)地明顯變軟。孔洞形成：桂林的石灰?guī)r溶洞（展示圖片）是典型代表。巖石中的碳酸鈣與含有二氧化碳的水反應(yīng)，生成可溶于水的碳酸氫鈣，隨水流失后形成孔洞。3風(fēng)化現(xiàn)象的“時(shí)間刻度”風(fēng)化不是瞬間發(fā)生的，它需要漫長(zhǎng)的時(shí)間。以我在地質(zhì)博物館見過的一塊標(biāo)本為例：一塊距今1萬年的花崗巖，表面僅有輕微的裂紋；而一塊距今10萬年的同類巖石，已破碎成拳頭大小的碎塊；距今100萬年的巖石，則完全風(fēng)化為沙粒。這說明，風(fēng)化是一個(gè)持續(xù)積累的過程，就像我們每天寫一頁(yè)日記，多年后會(huì)積累成一本厚厚的書。02巖石風(fēng)化的原因：多因素交織的“自然工坊”1物理風(fēng)化：溫度與水的“機(jī)械力”物理風(fēng)化是指巖石在不改變成分的情況下，因機(jī)械作用破碎的過程。其核心驅(qū)動(dòng)力是溫度變化和水的凍融。1物理風(fēng)化：溫度與水的“機(jī)械力”1.1溫度變化：巖石的“熱脹冷縮”巖石由多種礦物組成，不同礦物的熱脹冷縮速率不同。例如，花崗巖中的石英（膨脹系數(shù)0.000013/℃）和長(zhǎng)石（0.000008/℃），在晝夜溫差大的地區(qū)（如沙漠，白天50℃，夜晚-10℃），石英膨脹得更快，長(zhǎng)石相對(duì)“滯后”，兩者之間會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。就像兩個(gè)拉著手跑步的人，一個(gè)快一個(gè)慢，時(shí)間久了手會(huì)被拉疼——巖石內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生微裂紋。我曾帶學(xué)生做過模擬實(shí)驗(yàn)：取小塊花崗巖，用酒精燈加熱1分鐘（模擬白天高溫），然后迅速浸入冰水（模擬夜晚低溫）。重復(fù)5次后，巖石表面出現(xiàn)了肉眼可見的裂紋。這就是溫度變化導(dǎo)致物理風(fēng)化的直觀表現(xiàn)。1物理風(fēng)化：溫度與水的“機(jī)械力”1.2水的凍融：“冰楔”的力量水在0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰，體積膨脹約9%。當(dāng)水滲入巖石裂縫后，若氣溫降至0℃以下，水結(jié)冰膨脹，像楔子一樣擠壓裂縫兩側(cè)的巖石（這就是“冰楔作用”）。氣溫回升時(shí)，冰融化成水，裂縫中留下更多空間；下次再結(jié)冰時(shí)，膨脹力更大，裂縫逐漸擴(kuò)大。去年冬天，我?guī)W(xué)生觀察校園里的一塊巖石：12月初裂縫寬2毫米，1月中旬（經(jīng)歷多次凍融）寬達(dá)5毫米，裂縫內(nèi)還嵌著冰渣。這正是凍融風(fēng)化的“現(xiàn)場(chǎng)直播”。1物理風(fēng)化：溫度與水的“機(jī)械力”1.3其他物理因素風(fēng)力磨蝕：沙漠中的風(fēng)攜帶沙粒，像天然的“砂紙”打磨巖石，形成光滑的“風(fēng)蝕面”。重力崩解：陡峭山坡上的巖石因重力作用，沿原有裂縫斷裂墜落，形成“倒石堆”（展示圖片）。2化學(xué)風(fēng)化：物質(zhì)交換的“分子革命”化學(xué)風(fēng)化是巖石與環(huán)境中的水、氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致成分改變的過程。其核心是溶解、氧化、水解三大反應(yīng)。2化學(xué)風(fēng)化：物質(zhì)交換的“分子革命”2.1溶解作用：可溶礦物的“消失術(shù)”石灰?guī)r（主要成分碳酸鈣）遇到含有二氧化碳的水（如雨水），會(huì)發(fā)生反應(yīng)：CaCO?+CO?+H?O=Ca(HCO?)?。生成的碳酸氫鈣可溶于水，隨水流走，巖石就被“溶解”了。桂林山水的溶洞、石筍、鐘乳石，都是溶解作用的杰作。我們可以用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：取小塊石灰?guī)r放入白醋（模擬含二氧化碳的水），很快看到氣泡（二氧化碳釋放），一段時(shí)間后，巖石表面被腐蝕出小坑。2化學(xué)風(fēng)化：物質(zhì)交換的“分子革命”2.2氧化作用：“巖石的生銹”巖石中的鐵、錳等金屬元素與氧氣反應(yīng)，生成更穩(wěn)定的氧化物。例如，含鐵的巖石（如玄武巖）長(zhǎng)期暴露在空氣中，其中的二價(jià)鐵（Fe2?）會(huì)被氧化為三價(jià)鐵（Fe3?），形成紅褐色的氧化鐵（Fe?O?），這就是巖石“變紅”的原因。我曾收集過兩種巖石樣本：一種是剛開采的新鮮玄武巖（灰黑色），另一種是暴露在地表3年的玄武巖（紅褐色）。用磁鐵測(cè)試發(fā)現(xiàn)，新鮮巖石磁性更強(qiáng)（因含較多磁性礦物），風(fēng)化后的巖石磁性減弱——這是氧化反應(yīng)改變了礦物成分的證據(jù)。2化學(xué)風(fēng)化：物質(zhì)交換的“分子革命”2.3水解作用：礦物的“分解重組”長(zhǎng)石（常見于花崗巖）是地殼中最豐富的礦物之一，它與水反應(yīng)會(huì)發(fā)生水解：KAlSi?O?（長(zhǎng)石）+H?O=HAlSi?O?（黏土礦物）+KOH（氫氧化鉀）。生成的黏土礦物是土壤的重要組成部分，而氫氧化鉀溶解在水中，隨水流走。這就是為什么花崗巖地區(qū)常形成肥沃的土壤——水解作用為土壤提供了黏土和礦物質(zhì)。3生物風(fēng)化：生命參與的“溫柔改造”生物風(fēng)化是指生物的活動(dòng)加速巖石破碎或成分改變的過程，可分為機(jī)械破壞和化學(xué)分解兩類。3生物風(fēng)化：生命參與的“溫柔改造”3.1機(jī)械破壞：根與殼的“力量”植物的根系是天然的“巖石破碎機(jī)”。我曾在老墻根觀察到：一棵小楊樹的根插入磚縫（模擬巖石裂縫），3年后，根直徑從2毫米長(zhǎng)到5厘米，磚縫被撐大了3厘米，磚塊表面出現(xiàn)明顯的裂痕。這是因?yàn)楦谏L(zhǎng)時(shí)會(huì)對(duì)周圍產(chǎn)生壓力（可達(dá)10-15個(gè)大氣壓），就像在巖石中“種”了一顆不斷膨脹的“種子”。此外，穴居動(dòng)物（如蚯蚓、老鼠）的挖掘活動(dòng)，也會(huì)將巖石碎屑帶到地表，加速風(fēng)化。3生物風(fēng)化：生命參與的“溫柔改造”3.2化學(xué)分解：微生物的“秘密武器”地衣、苔蘚等低等生物能分泌有機(jī)酸（如草酸），溶解巖石中的礦物。我曾用顯微鏡觀察地衣與巖石的接觸面，發(fā)現(xiàn)巖石表面有明顯的腐蝕痕跡，這是有機(jī)酸與礦物反應(yīng)的結(jié)果。更神奇的是，某些細(xì)菌（如鐵氧化菌）能直接分解巖石中的金屬礦物，將其轉(zhuǎn)化為可利用的養(yǎng)分。03巖石風(fēng)化的意義：地球循環(huán)的“隱形推手”1塑造地表形態(tài)的“雕刻師”風(fēng)化是地表形態(tài)演化的基礎(chǔ)。例如：物理風(fēng)化將大塊巖石破碎為碎屑，為流水、風(fēng)力搬運(yùn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)（如黃河的泥沙主要來自巖石風(fēng)化產(chǎn)物）；化學(xué)風(fēng)化溶解可溶性礦物，形成溶洞、石林等獨(dú)特地貌（如云南石林）；生物風(fēng)化促進(jìn)土壤形成，為植物生長(zhǎng)提供“立足之地”（如森林中的腐殖土）。2土壤形成的“物質(zhì)來源”土壤的“誕生”離不開風(fēng)化。巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎為沙粒（0.05-2毫米）、粉沙（0.002-0.05毫米），再經(jīng)化學(xué)風(fēng)化分解為黏土（<0.002毫米），同時(shí)生物風(fēng)化帶入有機(jī)質(zhì)（如動(dòng)植物殘?bào)w分解的腐殖質(zhì)），最終形成“礦物質(zhì)+有機(jī)質(zhì)+水+空氣”的土壤結(jié)構(gòu)?？梢哉f，土壤是風(fēng)化的“最終產(chǎn)品”，而每1厘米厚的土壤形成需要100-400年，這提醒我們要珍惜每一寸土地。3地球物質(zhì)循環(huán)的“關(guān)鍵環(huán)節(jié)”風(fēng)化參與了碳、鈣、硅等元素的全球循環(huán)。例如：化學(xué)風(fēng)化中，巖石中的鈣與二氧化碳結(jié)合形成碳酸氫鈣，隨河流進(jìn)入海洋，最終沉積為石灰?guī)r（如海洋中的珊瑚礁），這是“碳封存”的重要途徑；硅元素經(jīng)風(fēng)化進(jìn)入水體，被硅藻等生物吸收，死亡后沉積為硅質(zhì)巖，完成“硅循環(huán)”。結(jié)語：從巖石風(fēng)化看“變化的自然”站在后山再次觀察那塊花崗巖，孩子們的筆記本上記滿了：“裂縫是溫度變化和凍融的結(jié)果”“表面的紅褐色是鐵氧化了”“旁邊的苔蘚在分泌酸腐蝕巖石”……他們終于明白，看似“亙古不變”的巖石，其實(shí)每時(shí)每刻都在與空氣、水、生物“對(duì)話”，在變化中完成地球物質(zhì)的循環(huán)。3地球物質(zhì)循環(huán)的“關(guān)鍵環(huán)節(jié)”巖石風(fēng)化的本質(zhì)，是巖石與環(huán)境的相互作用——它既是自然對(duì)巖石的“改造”，也是巖石對(duì)環(huán)境