岩石风化与土壤形成.ppt

第二章第二章 岩石风化与土壤形成岩石风化与土壤形成内容提要内容提要l 三种风化作用类型三种风化作用类型l 影响风化作用因素影响风化作用因素l 风化产物三种类型风化产物三种类型l土壤形成的五大因素土壤形成的五大因素l土壤形成实质土壤形成实质第一节第一节 风化作用（风化过程）风化作用（风化过程）地地表表的的岩岩石石在在大大气气和和水水的的联联合合作作用用以以及及温温度度变变化化和和生生物物活动影响下，所发生的一系列活动影响下，所发生的一系列崩解崩解和和分解分解作用。作用。岩石发生风化作用的原因岩石发生风化作用的原因岩石处在它生成的环境条件下是稳定的（处于一种平衡状岩石处在它生成的环境条件下是稳定的（处于一种平衡状态），但条件发生变化，为了适应新的环境，必然发生变态），但条件发生变化，为了适应新的环境，必然发生变化，以达到适应新环境的新平衡。这种变化是慢长的，如化，以达到适应新环境的新平衡。这种变化是慢长的，如果环境不断发生变化，则岩石或风化物可能一直在变化。果环境不断发生变化，则岩石或风化物可能一直在变化。一、风化作用的概念一、风化作用的概念风化作用实质上表现为一系列风化作用实质上表现为一系列崩解崩解和和分解分解风化作用风化作用崩解：崩解：岩石由大块变成碎块，再岩石由大块变成碎块，再渐变成细粒，其形状和大小改变渐变成细粒，其形状和大小改变了，但化学成分不发生变化。了，但化学成分不发生变化。自然界中，三种风化作用通常是联合进行与相自然界中，三种风化作用通常是联合进行与相互助长的，互助长的，划分它是为了讨论方便。划分它是为了讨论方便。物理风化物理风化化学风化化学风化分解：分解：岩石风化过程岩石风化过程中中化学成分发生变化化学成分发生变化生物风化生物风化二、风化作用类型二、风化作用类型1.物理风化物理风化指指岩岩石石在在外外力力影影响响下下，机机械械地地分分裂裂成成碎碎屑屑，只只改改变变其大小与外形，而不改变成分的过程。其大小与外形，而不改变成分的过程。(1)温度作用温度作用 引起岩石内外胀缩不一致，岩石是热不良导体。引起岩石内外胀缩不一致，岩石是热不良导体。(2)结冰作用结冰作用（冰劈作用）（冰劈作用）(3)风和水的磨蚀作用风和水的磨蚀作用 风沙磨蚀岩石，使之表面裸露，加速物风沙磨蚀岩石，使之表面裸露，加速物 理风化。理风化。风化作用风化作用寒裂风化风化作用2.化学风化化学风化指指岩岩石石在在外外界界条条件件的的影影响响下下，引引起起化化学学成成分分的的改变，产生新的物质的过程。改变，产生新的物质的过程。（1）溶解作用）溶解作用 水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机盐，机盐，虽然占绝大部分的硅酸盐和铝硅酸盐矿物溶解度很虽然占绝大部分的硅酸盐和铝硅酸盐矿物溶解度很小，小，但很大的地质年代中，水溶解的规模是相当大的，但很大的地质年代中，水溶解的规模是相当大的，况况且地表的水常常溶有且地表的水常常溶有CO2、NO2以及有机酸等，以及有机酸等，这样大大提这样大大提高了水的溶解能力。高了水的溶解能力。风化作用风化作用（2）水化作用）水化作用 指无水矿物与水结合成为含水矿物的指无水矿物与水结合成为含水矿物的作用。作用。CaSO42H2O CaSO4.2H2O2Fe2O33H2O 2Fe2O3.3H2O 赤铁矿赤铁矿 褐铁矿褐铁矿 风化作用风化作用（）水解和碳酸化作用（）水解和碳酸化作用水解水解2KAlSi3O83H2O H2 Al2Si2O8.H2O 4SiO22KOH 钾长石钾长石 高岭石高岭石碳酸化水解作用碳酸化水解作用2KAlSi3O8CO22H2O H2 Al2Si2O8.H2O 4SiO2K2CO3 CO2溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍。溶于水时，对碳酸盐的溶解力，较纯水增强几十倍。水解和碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被氢离水解和碳酸化作用的实质，矿物中的盐基离子被氢离子取代。子取代。风化作用风化作用 CaCO3 H2CO3 Ca(HCO3)2 溶解度很低溶解度很低 溶解度较高溶解度较高 平衡的变化平衡的变化：(1)当当CO2充足时，且有一定的湿度，平衡一直向右充足时，且有一定的湿度，平衡一直向右(2)当湿度较小，当湿度较小，Ca(HCO3)2脱水并放出脱水并放出CO2，平衡向左进行，平衡向左进行。(H2O+CO2)石笋石笋石灰岩的风化石灰岩的风化风化作用风化作用自然界的许多石灰岩溶洞不断地进行着以上反应，自然界的许多石灰岩溶洞不断地进行着以上反应，形成千形成千姿百态的地形。如石笋、石钟乳、石柱、石林等，姿百态的地形。如石笋、石钟乳、石柱、石林等，（）氧化作用（）氧化作用 空气中的氧在有水的条件下，氧化能力很强。空气中的氧在有水的条件下，氧化能力很强。4FeS22H2O15O2 2Fe2（SO4）32H2SO4湿湿润润的的条条件件下下含含铁铁、硫硫的的矿矿物物（含含变变价价元元素素）普普遍遍地地进进行行着着氧氧化过程。深色矿物（因含二价铁）容易风化。化过程。深色矿物（因含二价铁）容易风化。风化作用小结小结:各种岩石在化学风化作用下，逐渐遭破坏，各种岩石在化学风化作用下，逐渐遭破坏，一一部分形成部分形成不溶物质不溶物质（如各种粘土矿物、氧化铁等）（如各种粘土矿物、氧化铁等）残留在原地残留在原地，另一部分形成另一部分形成可溶性物质可溶性物质（如碳（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋失或搬运酸盐类、硫酸盐类等）随水淋失或搬运到其他地到其他地方方。3.生物风化生物风化指指岩岩石石中中的的矿矿物物在在生生物物及及其其分分泌泌物物或或有有机机质质分分解解产产物物的的作作用用下下，进进行行的的机机械械性性破破碎碎和和化化学学分分解过程。解过程。生生物物风风化化的的作作用用因因素素是是生生物物及及其其代代谢谢物物发发生生的的风化，是物理和化学风化并存。风化，是物理和化学风化并存。风化作用风化作用微生物、植物根系、动物等，在岩石风化初期主微生物、植物根系、动物等，在岩石风化初期主要是低等生物如细菌要是低等生物如细菌、真菌真菌、地衣等。地衣等。根劈作用风化作用总之，各种岩石在风化作用下，逐渐总之，各种岩石在风化作用下，逐渐遭破坏，遭破坏，稳定性矿物稳定性矿物以以原生矿物原生矿物留下，留下，不稳定性矿物不稳定性矿物，一部分形成一部分形成不溶物不溶物质质（如各种粘土矿物、氧化铁等）残（如各种粘土矿物、氧化铁等）残留在原地，另一部分形成留在原地，另一部分形成可溶性物质可溶性物质（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋（如碳酸盐类、硫酸盐类等）随水淋失或搬运到其他地方。失或搬运到其他地方。原生矿物可溶性盐粘土矿物风化产物风化产物风化产物风化产物土壤砂粒土壤细粒土壤溶液离子三、三、影响风化的因素影响风化的因素1.内因内因（岩石的性质）（岩石的性质）岩岩石石本本身身的的性性质质以以及及组组成成岩岩石石的的矿矿物物纯纯度度影影响响着着风风化的速度和强度化的速度和强度。组成岩石的矿物成分和性质组成岩石的矿物成分和性质岩石的结构岩石的结构岩石的构造岩石的构造岩岩石石特特征征（1）组成岩石的矿物成分和性质）组成岩石的矿物成分和性质 组成岩石的矿物颜色、颗粒大小。组成岩石的矿物颜色、颗粒大小。组成岩石的矿物的化学结构组成岩石的矿物的化学结构 即稳定性即稳定性 注：在外界环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物注：在外界环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物抗风化的稳定性顺序如下：抗风化的稳定性顺序如下：石英石英白云母白云母正长石正长石斜长石斜长石黑云母黑云母角闪石角闪石辉石辉石橄榄石橄榄石（结合矿物结晶顺序图）（结合矿物结晶顺序图）影响因素（）岩石的结构（）岩石的结构隐隐晶晶或或等等粒粒细细粒粒的的稳稳定定性性大大于于等等粒粒粗粗粒粒或或斑斑状状（物物理理风风化化）。但但是是一一当当岩岩石石破破碎碎崩崩解解，细细粒粒由由于于表表面面积积大大，容容易易受受到到水水、空气、空气、COCO2 2等化学物质作用而发生化学风化。等化学物质作用而发生化学风化。（）岩石的构造（）岩石的构造坚坚硬硬而而致致密密结结构构的的岩岩石石，比比疏疏松松多多孔孔的的岩岩石石抗抗风风化化能能力力强强，有有层层理理、片片理理、节节理理和和裂裂隙隙的的岩岩石石，水水分分、空空气气容容易易侵侵入入而而引起风化。引起风化。影响因素岩石的形成环境与所处环境差别越大越容易风化。岩石的形成环境与所处环境差别越大越容易风化。l岩浆岩、变质岩主要是在高温高压下形成的，在岩浆岩、变质岩主要是在高温高压下形成的，在 地表极易风化；地表极易风化；l沉积岩抗风化能力比岩浆岩等强；沉积岩抗风化能力比岩浆岩等强；l花岗岩、片麻岩露头多呈疏松分解状态；花岗岩、片麻岩露头多呈疏松分解状态；l砂岩露头则常常保持良好。砂岩露头则常常保持良好。影响因素总总 结结2.外因外因（岩石所处的环境条件）（岩石所处的环境条件）（1）气候）气候：控制风化作用的类型和速度：控制风化作用的类型和速度 a.极地气候区极地气候区 b.沙漠干旱气候区沙漠干旱气候区 c.温带湿润气候区温带湿润气候区 d.热带炎热气候区热带炎热气候区（2）地形和植被：）地形和植被：地形可影响风化作用的速度、地形可影响风化作用的速度、深度及风深度及风化产物的堆积厚度和分布状况。化产物的堆积厚度和分布状况。影响因素影响因素四四 、风化产物的类型、风化产物的类型地表的风化产物构成一层薄薄的外壳地表的风化产物构成一层薄薄的外壳-风化壳风化壳 碎屑物质碎屑物质 风化产物风化产物 难溶物质难溶物质 形成不同类型的风化壳。形成不同类型的风化壳。溶解性物质溶解性物质 l生态类型生态类型（根据风化产物对土壤肥力性状的影响作为分类）（根据风化产物对土壤肥力性状的影响作为分类）l地球化学类型地球化学类型（根据风化物（根据风化物化学成分特点分类化学成分特点分类）l母质类型母质类型（根据风化产物的成因分类）（根据风化产物的成因分类）（1）硅质岩石风化物）硅质岩石风化物SiO2含含量量很很高高的的岩岩石石：如如石石英英岩岩、石石英英砂砂岩岩、由由硅硅质质胶胶结结的的岩石（硅质砾岩或页岩）。岩石（硅质砾岩或页岩）。特特 点点：硅质岩类硅质岩类抗物理风化和化学能力强抗物理风化和化学能力强土土壤壤肥肥力力性性状状：硅硅质质岩岩类类风风化化物物的的厚厚度度极极薄薄，砂砂质质，多多石石砾砾，各各种种营营养养元元素素也也十十分分贫贫乏乏，分分散散的的石石英英颗颗粒粒及及岩岩石石碎碎屑屑保保水水能力很低。能力很低。生态类型生态类型1.生态类型生态类型（2）长石质岩石风化物）长石质岩石风化物富含正长石成分的岩石：花岗岩、正长岩、酸性斑岩、流纹富含正长石成分的岩石：花岗岩、正长岩、酸性斑岩、流纹岩、长石砂岩、片麻岩岩、长石砂岩、片麻岩特特 点：点：抗物理风化能力差，易崩解，形成厚层风化壳抗物理风化能力差，易崩解，形成厚层风化壳土壤肥力性状：土壤肥力性状：由于这类岩石除了含有较多的长石外，还有由于这类岩石除了含有较多的长石外，还有一定量的石英，正长石在湿热的环境下易分解生成次生粘矿，一定量的石英，正长石在湿热的环境下易分解生成次生粘矿，粘土矿物和石英混合存在，使土壤砂粘适中，表现出较好的粘土矿物和石英混合存在，使土壤砂粘适中，表现出较好的肥力。肥力。生态类型生态类型（3）铁镁质岩石风化物）铁镁质岩石风化物富含深色矿物的岩石：辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等。富含深色矿物的岩石：辉长岩、玄武岩、闪长岩、安山岩等。特特 点：点：抗物理风化和化学风化均较弱，形成厚层风化壳。抗物理风化和化学风化均较弱，形成厚层风化壳。土壤肥力性状：土壤肥力性状：由于这类岩石中由于这类岩石中SiOSiO2 2含量很少，发育形成的含量很少，发育形成的土壤质地较粘，含有较丰富的营养成分（土壤质地较粘，含有较丰富的营养成分（除除K K以外以外），），pHpH微微酸性，虽然质地偏重，但是林地一般排水条件好，所以这种酸性，虽然质地偏重，但是林地一般排水条件好，所以这种岩石发育的土壤一般肥力较高，宜林性好。岩石发育的土壤一般肥力较高，宜林性好。生态类型生态类型（4）钙质岩石风化物）钙质岩石风化物含含CaCO3的岩石：石灰岩、大理岩、泥灰岩、白云质灰岩、的岩石：石灰岩、大理岩、泥灰岩、白云质灰岩、钙质砂岩和页岩钙质砂岩和页岩特特 点：点：抗物理风化强，抗化学风化弱，形成薄层土壤。抗物理风化强，抗化学风化弱，形成薄层土壤。土壤肥力特性：土壤肥力特性：风化过程主要是碳酸钙淋溶，残留下来的主风化过程主要是碳酸钙淋溶，残留下来的主要是粘土矿物（要是粘土矿物（10片岩片岩砂岩砂岩花岗岩。花岗岩。注意：虽然母质从多方面影注意：虽然母质从多方面影响土壤的性质，但以上的性响土壤的性质，但以上的性质是在其他条件相同的情况质是在其他条件相同的情况下表现出来的差异。下表现出来的差异。2.气候气候（主要决定着成土过程中水热条件）（主要决定着成土过程中水热条件）水热水热：一方面一方面影响母质风化过程速度及物质的淋溶；影响母质风化过程速度及物质的淋溶；另一方面另一方面控制了植物和微生物的生长决控制了植物和微生物的生长决 定了有机质的积累和分解。定了有机质的积累和分解。气候对土壤性质的影响气候对土壤性质的影响(1)对土壤矿物的风化及其组成的影响对土壤矿物的风化及其组成的影响(2)对土壤有机质含量和腐殖质组成的影响对土壤有机质含量和腐殖质组成的影响(3)对土壤胶体性质的影响对土壤胶体性质的影响(4)强烈地影响土壤风化和淋溶度。强烈地影响土壤风化和淋溶度。不同气候下土壤的形成分析不同气候下土壤的形成分析南南 方方 湿湿 热热 风风 化化 强强 烈烈 盐盐 基基 淋淋 失失 多多 土土 壤壤 pH低低 原原生生矿矿物物少少，且且粘粘土土矿矿物物以以Ki值值较较低低 的高岭石为主的高岭石为主南方湿热南方湿热 生物生长旺盛生物生长旺盛 微生物活动强烈微生物活动强烈 有机质积累少有机质积累少H/F0.5 东东北北地地区区冷冷湿湿 风风化化不不强强 盐盐基基淋淋失失少少（盐盐基基饱饱和和）pH高高 东东北北地地区区冷冷湿湿 有有机机质质分分解解慢慢，积积累累多多，但但品品质质较较差差，C/N 高高 H/F低低 3.生物：生物：是形成土壤的主导因子是形成土壤的主导因子生物对土壤性质的影响表现在：颜色、结构、生物对土壤性质的影响表现在：颜色、结构、层厚度、层厚度、pHpH（针（针 叶叶 9.0，土，土 壤物理性质极差，作物生长困难，但壤物理性质极差，作物生长困难，但 含盐量一般不高。含盐量一般不高。5、碱化与脱碱过程、碱化与脱碱过程6、富铝化过程、富铝化过程又称为脱硅过程、脱硅富铝化过程。又称为脱硅过程、脱硅富铝化过程。它是热带、亚热带地区土壤物质由它是热带、亚热带地区土壤物质由 于矿物的风化，形成弱碱性条件，于矿物的风化，形成弱碱性条件，随着可溶性盐、碱金属和碱土金属随着可溶性盐、碱金属和碱土金属 盐基及硅酸的大量流失，而造成铁盐基及硅酸的大量流失，而造成铁 铝在土体内相对富集的过程。因此铝在土体内相对富集的过程。因此 它包括两方面的作用，即脱硅作用它包括两方面的作用，即脱硅作用 和铁铝相对富集作用。和铁铝相对富集作用。潜育化过程是土壤长期渍水，有机质嫌气分解，潜育化过程是土壤长期渍水，有机质嫌气分解，而铁锰强烈还原，形成灰蓝一灰绿色土体的过程。而铁锰强烈还原，形成灰蓝一灰绿色土体的过程。潴育化过程实质上是一个氧化还原交替过程，指潴育化过程实质上是一个氧化还原交替过程，指 土壤渍水带经常处于上下移动，土体中干湿交替土壤渍水带经常处于上下移动，土体中干湿交替 比较明显，促使土壤中氧化还原反复交替，结果比较明显，促使土壤中氧化还原反复交替，结果 在土体内出现锈纹、锈斑、铁锰结核和红色胶膜在土体内出现锈纹、锈斑、铁锰结核和红色胶膜 等物质。该过程又称为假潜育化等物质。该过程又称为假潜育化(Pseudogleyzation)7、潜育化和潴育化过程、潜育化和潴育化过程四、土壤剖面及形态特征四、土壤剖面及形态特征是地面向下直到土壤母质的垂直切面，一般在2m以内。土壤剖面构造反映了土壤的发育程度、土壤形成特点以及土壤的形成演化过程。从上往下：O、A、B、C、RO(L F H）AABB1B2BCC枯落物层枯落物层腐殖质层腐殖质层淀积层淀积层母质层母质层1自然土壤剖面自然土壤剖面2耕作土壤剖面耕作土壤剖面表土层表土层心土层心土层表土层表土层底土层底土层耕作层耕作层犁底层犁底层受耕作、施肥，灌溉等影受耕作、施肥，灌溉等影响，响，20cm左右。左右。60%根系根系厚厚6-8cm，紧实，通透性差，紧实，通透性差厚厚20-30cm，保肥保水作用，生长后期，保肥保水作用，生长后期供应水肥的主要层次。供应水肥的主要层次。20-30%根系根系土体表面土体表面50-60cm以下，可利用的营以下，可利用的营养物质较少，又称为生土或死土。养物质较少，又称为生土或死土。3剖面形态特征剖面形态特征土壤形态就是土壤的外部特征，这种外部特征是通过人们的土壤形态就是土壤的外部特征，这种外部特征是通过人们的感官即视觉，嗅觉和触觉来认识的。在土壤形成以后，各土感官即视觉，嗅觉和触觉来认识的。在土壤形成以后，各土层在组成和性质上是不同的，所以，反映在剖面形态特征上，层在组成和性质上是不同的，所以，反映在剖面形态特征上，各层也是有差别的。在野外通过土壤剖面形态的观察，可判各层也是有差别的。在野外通过土壤剖面形态的观察，可判断出土壤的一些重要性质。土壤重要的形态特征有：断出土壤的一些重要性质。土壤重要的形态特征有：颜色，颜色，结构，质地，坚实度，孔隙，湿度，新生体，侵入体，动物结构，质地，坚实度，孔隙，湿度，新生体，侵入体，动物孔穴等。孔穴等。各种土壤剖面各种土壤剖面