第9章 风化作用2学时.pdf

《第9章 风化作用2学时.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第9章 风化作用2学时.pdf（38页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第九章第九章 风化作用风化作用 Chapter 9 Weathering 风化作用风化作用（weathering） 定义定义（definition）：地表岩石在外动力（温度、压力、大气、地表岩石在外动力（温度、压力、大气、 水、生物）作用下发生机械破碎、化学分解和生物分解，在原地水、生物）作用下发生机械破碎、化学分解和生物分解，在原地 形成松散堆积物的过程。分机械、化学和生物风化三种。形成松散堆积物的过程。分机械、化学和生物风化三种。 风化和侵蚀紧密相连。风化和侵蚀紧密相连。风化一般不发生明显移位，侵蚀则风化一般不发生明显移位，侵蚀则 显著移位。因风化和侵蚀显著移位。因风化和侵蚀,高山可变成

2、平地高山可变成平地,地貌被不断改观。地貌被不断改观。 若无风化和侵蚀，则地球表面不可想象！若无风化和侵蚀，则地球表面不可想象！ 风化风化 + 侵蚀侵蚀 = 剥蚀剥蚀denudation。 新新 疆疆 天天 山山 花花 岗岗 岩岩 安安 徽徽 黄黄 山山 花花 岗岗 岩岩 没有风化作用，就不会有如此壮丽的河山没有风化作用，就不会有如此壮丽的河山 黄山归来不看岳黄山归来不看岳 第一节第一节 风化作用的类型风化作用的类型 Section 1 Types of Weathering 一、机械风化一、机械风化 (mechanical weathering) 又称物理风化 1.特征（features) 基

3、本处于原地的机械破碎与分解；基本处于原地的机械破碎与分解； 4 4种方式：种方式：胀胀缩、冰劈、卸载、结晶；缩、冰劈、卸载、结晶； 不能改变化学成分不能改变化学成分, ,不会形成新矿物；不会形成新矿物； 温差大的沙漠戈壁及干寒区表现最明显。温差大的沙漠戈壁及干寒区表现最明显。 2. 四种方式 (four patterns of mechanical weathering) (1)热胀冷缩 (expansion by heating and contraction by cooling) 岩石里外岩石里外受热不均受热不均。在表面温度大于。在表面温度大于5050时，会产生鳞片状剥落；时，会产生鳞片

4、状剥落； 矿物的矿物的膨胀系数膨胀系数不同。长石石英不同。长石石英1717- -31311010- -6 6。破坏岩石内部构造。破坏岩石内部构造, , 发生松散、崩落；发生松散、崩落； 温差大的温差大的沙漠、戈壁滩沙漠、戈壁滩，夏季昼夜，夏季昼夜达达6060度。物理风化表现明显度。物理风化表现明显 (2) 冰劈作用冰劈作用 (cracking by ice) 岩石裂隙水结冰后体积增大，岩石裂隙水结冰后体积增大， 达到限度后，使岩石崩解达到限度后，使岩石崩解 滚落。滚落。 条件条件： a.a.岩石有岩石有贯通的空隙贯通的空隙， b.b.有有足够的水分足够的水分； c.c.温度在温度在冰点上下冰点

5、上下波动。波动。 干寒区公路与城市建设问题干寒区公路与城市建设问题 （乌市）（乌市） 冰劈作用示意图冰劈作用示意图 冰劈冰劈崩解崩解滚石坡滚石坡 （乌市南（乌市南80km，冰达坂，冰达坂，H4280m） 卸载作用 (unloading) 深部岩石上升减压、剥蚀夷平，会造成岩石向上的膨胀深部岩石上升减压、剥蚀夷平，会造成岩石向上的膨胀, , 产生与产生与 地面平行的膨胀节理地面平行的膨胀节理( (水平节理），从而使风化过程加速。水平节理），从而使风化过程加速。 盐分结晶撑裂作用 (crystallization of salt) 岩石中多含盐，盐分在岩石中多含盐，盐分在夜晚夜晚吸收水气而潮解，增

6、大裂隙水的盐分吸收水气而潮解，增大裂隙水的盐分 比例。比例。白天白天烈日暴晒烈日暴晒, ,地下水沿裂隙上升蒸发，使岩石裂隙水的盐地下水沿裂隙上升蒸发，使岩石裂隙水的盐 分过饱和而结晶，岩石被撑裂；分过饱和而结晶，岩石被撑裂； 如此反复如此反复, ,使巨大岩石发生崩解。使巨大岩石发生崩解。 多发生在蒸发量大于降水量的半干旱地区。如哈密多发生在蒸发量大于降水量的半干旱地区。如哈密。 舒良树摄舒良树摄 2013-07-23 南非开普敦南非开普敦33亿年花岗岩中的卸载节理亿年花岗岩中的卸载节理 新疆天山艾肯达坂花岗岩中的水平与垂直节理新疆天山艾肯达坂花岗岩中的水平与垂直节理 盐分结晶撑裂作用 ：鼓包状

7、盐碱沼泽地 (哈密) 二、化学风化作用二、化学风化作用 (chemical weathering) 1. 基本特征基本特征 岩石在水、氧、二氧化碳作用下岩石在水、氧、二氧化碳作用下, ,发生化学分解；发生化学分解； 不仅破坏岩石，而且发生化学反应，形成新矿物；不仅破坏岩石，而且发生化学反应，形成新矿物； 温湿的南方地区表现较明显。温湿的南方地区表现较明显。 2. 五种方式五种方式 (five patterns) (1) 溶解作用 (solution):使矿物发生部分溶解与分化的作用。使矿物发生部分溶解与分化的作用。 影响溶解度的因素：温度、压力、影响溶解度的因素：温度、压力、pHpH值；值；

8、大多数矿物可溶解于水，但溶解度差别悬殊；大多数矿物可溶解于水，但溶解度差别悬殊； 溶解度排序（由大到小）：岩盐岩盐石膏石膏方解石方解石橄榄石橄榄石长石长石石英石英 易溶物质溶解、流失将导致岩石孔隙加大易溶物质溶解、流失将导致岩石孔隙加大, ,加速剥蚀。加速剥蚀。 水化作用水化作用 (hydration) 水分子进入矿物晶格形成含水新矿物水分子进入矿物晶格形成含水新矿物, ,导致体积膨胀导致体积膨胀, ,硬度降低。硬度降低。 如：赤铁矿如：赤铁矿Fe2O3 + + 水水nH2O褐铁矿褐铁矿Fe2O3. nH2O 硬石膏硬石膏CaSO4 + 2H2O石膏石膏Ca2SO4. 2H2O 水解作用水解作

9、用 (hydrolyzation) 弱酸强碱盐弱酸强碱盐 或或 强酸弱碱盐强酸弱碱盐, ,遇水会解离成带不同电荷的离子。遇水会解离成带不同电荷的离子。 这些离子分别与水中的这些离子分别与水中的H H+ +、OHOH- -发生反应，会形成水或发生反应，会形成水或OHOH- -的新矿物，的新矿物， 称为称为水解作用水解作用。破坏硅酸盐矿物的主要就是破坏硅酸盐矿物的主要就是水解水解作用！作用！ 如：钾长石如：钾长石+ + 水水高岭土高岭土( (残留残留)+)+SiO2( (带走带走)+)+K(OH)(带走带走) ) 碳酸化作用碳酸化作用 (carbonation) 含含COCO2 2的水溶液和矿物中

10、的水溶液和矿物中K K、NaNa、CaCa等结合等结合, ,形成碳酸盐矿物，形成碳酸盐矿物， 与水一与水一 块迁移走。块迁移走。 如如: : 钾长石钾长石+ +H2O+CO2高岭土（富集）高岭土（富集）+8SiO+8SiO2 2+2K+2K2 2CO3CO3（碳酸钾）（碳酸钾） 斜长石易碳酸化斜长石易碳酸化, ,易使花岗岩强烈风化瓦解易使花岗岩强烈风化瓦解( (disintegration)。 碳酸钾碳酸钾有利植物生长。南方多雨水故花岗岩区植被很发育。有利植物生长。南方多雨水故花岗岩区植被很发育。 水解水解+碳酸化碳酸化花岗岩风化花岗岩风化 “红楼梦”电视剧中的顽石（黄山） 水解水解+碳酸化碳

11、酸化花岗岩风化花岗岩风化 氧化作用氧化作用 (oxidation) 矿物被氧化后可形成新矿物。矿物被氧化后可形成新矿物。黄铁矿黄铁矿硫酸亚铁硫酸亚铁褐铁矿褐铁矿 氧化产生松散的褐铁矿和硫酸氧化产生松散的褐铁矿和硫酸, ,会加剧岩石风化；会加剧岩石风化； 地表褐铁矿常是地下大矿的表层标志地表褐铁矿常是地下大矿的表层标志, ,称为称为铁帽铁帽(gossan)(gossan)； 含黄铁矿较多的岩石，含黄铁矿较多的岩石，不宜作建筑材料不宜作建筑材料； 含黑云母、角闪石及钾长石高的花岗岩，易风化，且含放射性含黑云母、角闪石及钾长石高的花岗岩，易风化，且含放射性 元素，元素，不宜作建筑、面板、装潢材料。

12、沿沿 直直 立立 节节 理理 而而 机机 械械 与与 化化 学学 联联 合合 风风 化化 的的 产产 物物 苏苏州州天天平平山山花花岗岗岩岩“一一线线天天” 天天平平山山山山顶顶的的风风化化花花岗岗岩岩 三、生物风化三、生物风化 (biological weathering) 生物活动引起的岩石物理与化学变化。主要有：生物活动引起的岩石物理与化学变化。主要有： 1. 植物的植物的根劈作用根劈作用 （root splitting）：）：苏州花岗岩中松树的根劈苏州花岗岩中松树的根劈 2. 生物分泌的生物分泌的有机酸有机酸，腐蚀岩石使之风化，腐蚀岩石使之风化; 3. 生物生物腐烂分解腐烂分解，形成有

13、机酸，腐蚀岩石使之风化，形成有机酸，腐蚀岩石使之风化; ; 4. 人类的破坏人类的破坏：矿山滥采和爆破、工厂污水排放，导致环境污染，：矿山滥采和爆破、工厂污水排放，导致环境污染， 也加速岩石的风化。也加速岩石的风化。 在湿热的南方，机械、化学、生物风化三者常常联合作用；在湿热的南方，机械、化学、生物风化三者常常联合作用； 在干冷的北方、西部，机械风化占优势。在干冷的北方、西部，机械风化占优势。 苏苏 州州 天天 平平 山山 花花 岗岗 岩岩 根根 劈劈 第二节第二节 制约岩石风化性质与特征的因素制约岩石风化性质与特征的因素 Section 2 Factors Constraining on W

14、eathering 一、气候一、气候 (climate) 红色红色岩层，示干燥炎热；岩层，示干燥炎热；黑色黑色岩层，示温暖潮湿、有机质丰富；岩层，示温暖潮湿、有机质丰富； 北方北方干旱缺水，物理风化强，花岗岩多呈低山，灰岩则呈高山；干旱缺水，物理风化强，花岗岩多呈低山，灰岩则呈高山； 南方南方潮湿多雨，化学风化强潮湿多雨，化学风化强, ,花岗岩呈崇山峻岭花岗岩呈崇山峻岭, ,灰岩多成低山。灰岩多成低山。 二、地形二、地形 (landform) 高度：高度：高山易风化高山易风化- -崩落；崩落； 地形：地形：陡峭地形，风化物难保留，易冲刷，岩石裸露，易风化；陡峭地形，风化物难保留，易冲刷，岩石裸

15、露，易风化； 坡向：坡向：朝阳的山坡岩石容易被风化。朝阳的山坡岩石容易被风化。 坡角：坡角：松散堆积物的自然稳定角松散堆积物的自然稳定角( (边坡稳定角边坡稳定角) )一般是一般是3030左右。左右。 三、岩石性质三、岩石性质( natures of rock) 1矿物的抗风化能力矿物的抗风化能力:（从小到大）（从小到大）岩盐岩盐石膏石膏方解石方解石橄橄 榄石榄石钙长石钙长石辉石辉石角闪石角闪石钠长石钠长石黑云母黑云母钾长石钾长石白白 云母云母粘土矿物粘土矿物石英石英铝铁氧化物铝铁氧化物 2. 2. 成分成分：成分不一者，易风化；成分均一者，抗风化力强。成分不一者，易风化；成分均一者，抗风化力

16、强。 如石英砂岩区多形成屹立突起的地形。如石英砂岩区多形成屹立突起的地形。 3 3结构结构(texture)：疏松的结构易风化疏松的结构易风化( (砾石层砾石层) )； 坚硬的岩石抗风化力强坚硬的岩石抗风化力强( (石英砂岩石英砂岩) )。 4 4节理节理(joint)：节理发育者易风化。：节理发育者易风化。 如湖南张家界、苏州花岗岩一线天、黄山的鲫鱼背等。如湖南张家界、苏州花岗岩一线天、黄山的鲫鱼背等。 5. 5. 球状风化与差异风化球状风化与差异风化 (onion 垂直节理发育的红色碎屑岩区垂直节理发育的红色碎屑岩区; 垂直节理发育的杂色砂岩区垂直节理发育的杂色砂岩区; X节理发育的岩石区

17、。节理发育的岩石区。 在花岗岩发育区，在花岗岩发育区，以圆滑的以圆滑的石蛋地貌石蛋地貌为特征，如黄山；为特征，如黄山； 在垂直节理发育的红色碎屑岩区，在垂直节理发育的红色碎屑岩区，以秀丽的以秀丽的丹霞地貌丹霞地貌为特征。为特征。 南方普遍，如广东丹霞山、江西龙虎山；南方普遍，如广东丹霞山、江西龙虎山； 在垂直节理发育的杂色砂岩区，在垂直节理发育的杂色砂岩区，多形成壮观的多形成壮观的土林地貌土林地貌。 如湖南张家界；如湖南张家界； 在发育在发育X X节理的砂岩区，节理的砂岩区，常出现常出现摇摆石、洋葱石摇摆石、洋葱石等地貌景观。等地貌景观。 江西玉山县三清山花岗岩风化地貌 安徽潜山县天柱山花岗岩

18、风化地貌安徽潜山县天柱山花岗岩风化地貌 福鼎县太姥山花岗岩风化地貌 浙江缙云县仙都K1流纹岩风化地貌 湘 西 张 家 界 湘 西 张 家 界 化 学 化 学 + 机 械 风 化 地 貌 机 械 风 化 地 貌 摇摆石摇摆石( (砂岩砂岩) ) 丹丹 霞霞 地地 貌貌 冯景兰冯景兰19281928年在广东仁化丹霞一带地调时所创的地层名称。年在广东仁化丹霞一带地调时所创的地层名称。 由晚白垩世到古近世红色砂砾岩、砂岩、粉砂岩组成。由晚白垩世到古近世红色砂砾岩、砂岩、粉砂岩组成。 丹霞地貌是指层厚大、产状平缓、节理发育、铁钙质胶结不丹霞地貌是指层厚大、产状平缓、节理发育、铁钙质胶结不 匀的红色碎屑岩系，在匀的红色碎屑岩系，在流水侵蚀流水侵蚀和风化作用下，通过重力崩塌、和风化作用下，通过重力崩塌、 侵蚀作用，形成各种地貌景观。侵蚀作用，形成各种地貌景观。 该地貌在广东仁化县的丹霞山最典型，故名。该地貌在广东仁化县的丹霞山最典型，故名。 在广东南雄、福建永安、泰宁、武夷山、江西龙虎山、河北承在广东南雄、福建永安、泰宁、武夷山、江西龙虎山、河北承 德，此地貌都很发育。德，此地貌都很发育。 现均已辟为旅游景区。现均已辟为旅游景区。 广东仁化县丹霞山广东仁化县丹霞山 鹰潭龙虎山古近系丹霞组鹰潭龙虎山古近系丹霞组 寿桃山寿桃山 本本 章章 结结 束束