1、普 通 地 质 学南 京 大 学 地 球 科 学 系 舒 良 树第 十 章 风 化 作 用 Weathering 停 留 原 地 的 风 化 为 离 开 原 地 的 剥 蚀 创 造 了 条 件 ， 为 去 伪 存 真 恢 复 变 形 地 壳 的 原 貌 提 供 科 学 依 据 。 若 无 风 化 会 带 来 一 系 列 麻 烦 第 一 节 风 化 作 用 的 类 型一 物 理 风 化1.定 义 ： 地 表 岩 石 在 外 力 （ 大 气 、 水 、 生 物 ） 作 用 下 发 生 的 机 械 破 碎 作 用 或 化 学 分 解 作 用 。2.特 征 : 机 械 风 化 与 破 碎 不 能 改
2、变 化 学 成 分 ,不 会 形 成 新 矿 物 温 差 大 的 沙 漠 、 戈 壁 及 干 寒 地 区 表 现 明 显2. 物 理 风 化 四 方 式(1)热 涨 冷 缩 方 式 （ 温 差 大 的 沙 漠 、 戈 壁 ） 岩 石 里 外 受 热 不 一 致 ,在 表 面 温 度 大 于 50 度 时 ， 就 会 产 生 鳞 片 状 层 层 剥 落 。 矿 物 的 膨 胀 系 数 不 同 ， 石 英 31 10-6， 长 石 17 10-6， 使 内 部 构 造 破 坏 ,完 整 的 岩 石 不 断 松 散 破 碎 。 昼 夜 温 差 大 于 季 节 性 温 差 时 ,物 理 风 化 的 表
3、 现 就 特 别 明 显 . 夏 季 新 疆 沙 漠 地 区 、 冰 达 坂 的 实 例 (昼 夜 温 差 达 60-70多 度 ).砂 岩 的 柱 状 风 化(2)冰 劈 作 用 (干 寒 区 ) 岩 石 裂 隙 中 的 水 结 冰 后 体 积 会 增 大 ， 达 到 一 定 限 度 后 岩 石 就 会 崩 解 滚 落 。 条 件 ： a.岩 石 有 贯 通 的 空 隙 ， 可 使 水 渗 入 并 流 动 （ 封 闭 空 隙 如 气 孔 不 行 ） ； b.有 足 够 的 水 分 ； c.温 度 常 在 冰 点 上 下 波 动 。 干 寒 区 （ 乌 市 ） 的 马 路 、 道 路 与 经
4、济 发 展 层 裂 或 卸 载 作 用 fracture 新 疆 凝 灰 岩 地 区 ;南 方 采 石 场 。 盐 分 结 晶 撑 裂 作 用 岩 石 中 多 含 盐 类 ,这 些 盐 分 在 晚 上 因 吸 收 大 气 水 分会 潮 解 ,并 渗 入 岩 石 内 部 ， 溶 解 所 经 岩 石 中 盐 分 。 白天 烈 日 照 晒 ,使 地 下 水 沿 岩 石 裂 隙 上 升 蒸 发 , 岩 石 中盐 分 饱 和 结 晶 、 撑 裂 岩 石 。 如 此 反 复 ,使 岩 石 崩 解 。 发 生 在 蒸 发 量 大 于 降 水 量 的 半 干 旱 地 区 。 （ 哈 密 ） 二 化 学 风 化
5、 作 用1. 特 征 : 不 仅 破 坏 岩 石 ， 而 且 使 其 化 学 成 分 变 化 、 并 形 成 新 矿 物 。 岩 石 在 水 、 氧 、 二 氧 化 碳 作 用 下 ,产 生 化 学 分 解 。 温 湿 的 南 方 地 区 表 现 明 显 。2. 化 学 风 化 五 种 方 式(1)溶 解 作 用 使 矿 物 发 生 部 分 溶 解 分 化 的 作 用 。 易 溶 物 质 的 流 失 将 导 致 岩 石 空 隙 加 大 ,加 速 剥 蚀 。 大 多 数 矿 物 可 溶 解 于 水 ， 但 溶 解 度 不 同 。 每 公 斤 25度 的 纯 水 中 ， 可 溶 解 ：1/340g
6、云 母 ,1/115g滑 石 ,1.5/100g方 解 石 ,2.1g硬 石 膏 ,320g岩 盐 影 响 溶 解 度 的 因 素 ： 温 度 、 压 力 、 PH值 。 水 化 作 用 矿 物 加 水 会 形 成 含 水 矿 物 (CaSO4+2H2O=CaSO42H2O), 从 而 使 体 积 膨 胀 、 硬 度 降 低 。 有 些 矿 物 能 吸 收 一 定 水 参 加 到 矿 物 品 格 中 ， 形 成 含 水 分 子 的 矿 物 。 水 解 作 用 弱 酸 强 碱 盐 或 强 酸 弱 碱 盐 ,遇 水 会 解 离 成 带 不 同 电 荷 的 离 子 ， 这 些 离 子 分 别 与 水
7、 中 的 H+、 OH-发 生 反 应 ， 形 成 含 OH-的 新 矿 物 ， 称 为 水 解 。 水 解 ： 钾 长 石 高 岭 土 (富 集 )+SiO2(带 走 )+K(OH)(带 走 ) 进 一 步 水 解 ： 高 岭 土 铝 土 矿 (耐 火 材 料 富 集 )+SiO2(带 走 ) 碳 酸 化 作 用 含 CO2的 水 溶 液 和 某 些 矿 物 中 K、 Na、 Ca等 金属 阳 离 子 结 合 ,可 形 成 随 水 迁 移 的 碳 酸 盐 矿 物 。如 钾 长 石 +H2O+CO2 高 岭 土 （ 富 集 ） +8SiO2+2K2CO3 斜 长 石 易 碳 酸 化 ,可 使
8、很 硬 的 花 岗 岩 被 瓦 解 ！ 碳 酸 钾 有 利 于 植 物 生 长 ,因 而 花 岗 岩 地 区 (富 长 石 )植 被 发 育 。 氧 化 作 用 矿 物 被 氧 化 后 可 形 成 新 矿 物 ； 在 地 表 富 氧 条件 下 某 些 矿 物 中 的 元 素 可 从 低 价 变 为 高 价 。 如 黄 铁 矿 或 磁 铁 矿 褐 铁 矿 （ 见 P 136） 松 散 褐 铁 矿 及 反 应 中 产 生 的 硫 酸 ,导 致 岩 石 破 坏 。 地 表 褐 铁 矿 常 是 地 下 大 矿 的 表 层 标 志 ,称 为 铁 帽 。 含 黄 铁 矿 较 多 的 岩 石 不 宜 作 建
9、 筑 、 装 潢 材 料 。 暗 色 矿 物 黑 云 母 、 角 闪 石 含 量 高 的 花 岗 岩 ， 容易 风 化 ， 不 是 好 的 建 筑 材 料 。淋 滤 风 化 ： 孔 洞 状 奥 陶 纪 灰 岩 （ 玉 山 ， 唐 朋 摄 ）云 南 元 谋 ： 土 林化学风化- 褐铁矿晕圈 三 生 物 风 化 :生 物 活 动 引 起 的 岩 石 物 理 与 化 学 变 化1. 植 物 的 根 劈 作 用苏 州 天 平 山 花 岗 岩 中 的 根 劈 、 天 山 雪 莲 的 根 劈 snow lotus2. 生 物 分 泌 的 有 机 酸3.生 物 腐 烂 分 解 的 有 机 酸4. 人 类 的
10、 破 坏 ： 矿 山 滥 采 和 爆 破 、 长 江 沿 岸 化 工 厂 的 污 水 排 放 ， 导 致 环 境 污 染 ， 严 重 危 害 人 类 生 存 条 件 ， 同 时 也 对 岩 石 起 着 破 坏 改 造 作 用 。第 二 节 控 制 岩 石 风 化 的 因 素一 气 候 北 方 :花 岗 岩 (低 山 、 圆 滑 的 山 头 );灰 岩 (高 山 )南 方 :花 岗 岩 (高 山 峻 岭 ),灰 岩 (低 山 溶 洞 )二 地 形 高 度 (高 易 遭 风 化 ),起 伏 (易 带 走 风 化 物 ), 坡 向 (南 坡 易 风 化 ）三 岩 石 性 质1 成 分 ： 单 矿 物
11、 岩 石 抗 风 化 强 ， 如 石 英 ,膨 胀 、 收 缩 系 数 相 同 ；2 早 结 晶 者 易 风 化 ： 火 成 岩 中 矿 物 的 风 化 能 力 与 鲍 曼 反 应 系 列 中 的 晶 出 顺 序 一 致 。3 结 构 疏 松 的 结 构 易 风 化 (雨 花 台 砾 石 层 ); 坚 硬 的 岩 石 抗 风 化 力 强 (硅 化 带 )。4 节 理 发 育 者 易 风 化 : 试 剑 石 、 石 桌 (苏 州 虎 丘 ） ， 鲫 鱼 背 （ 黄 山 ）四 、 球 状 风 化 节 理 包 围 的 碎 块 ， 在 化 学 风 化 （ 水 溶 液 ） 、物 理 风 化 （ 温 度
12、变 化 ） 下 ， 棱 角 消 失 ， 圆 化 成球 状 ； 以 化 学 风 化 为 主 。 花 岗 岩 、 闪 长 岩 、 辉 长 岩 、 厚 层 砂 岩 ,块 状 、 等 粒岩 石 易 形 成 球 状 风 化 ;与 结 核 的 区 别 是 成 分 是 否 一 致 。第 三 节 风 化 作 用 的 产 物一 风 化 产 物 的 类 型 1.不 同 的 岩 石 有 不 同 的 风 化 产 物 2.风 化 产 物 构 成 a.碎 屑 :机 械 风 化 的 碎 块 b.易 溶 物 质 ： Ka， Na， Ca， Mg c. 难 溶 物 质 ： Fe， Al 3.研 究 风 化 产 物 的 目 的
13、: 推 测 母 岩 的 性 质 、 寻 找 原 生 矿 体 Au,Cu,Ni等 .二 残 积 物 ： 岩 石 风 化 后 残 留 原 地 的 物 质 , 以 风 化 壳 为 标 志 。1.基 岩 上 由 风 化 产 物 组 成 的 不 连 续 的 薄 层 叫 风 化 壳 。2.典 型 特 征 ： 没 有 层 理 、 底 界 起 伏 、 结 构 松 散 ， 代 表 不 整 合 面 (造 山 事 件 结 束 )。3.风 化 壳 典 型 剖 面 : 土 壤 (粘 土 、 细 小 石 英 颗 粒 、 植 物 的 根 ) 残 积 物 半 风 化 岩 基 岩4. 五 种 气 候 带 的 风 化 壳 类 型
14、 ： 寒 带 （ 碎 屑 型 ） 、 温 带 （ 硅 铝 粘 土 型 ） 、 亚 热 带 （ 富 硅 铝 即 红 土 型 ） 、 热 带 （ 硅 铝 -碳 酸 盐 型 ） 、 干 热 带（ 硅 铝 氯 化 物 、 硫 酸 盐 型 ） . 古 风 化 壳 能 帮 助 恢 复 古 气 候 和 寻 找 地 下 水 。本 章 重 点1 概 念 ： 风 化 ， 侵 蚀 ； 剥 蚀 ； 机 械 风 化 ， 化 学 风 化 ， 生 物 风 化 ； 卸 载 作 用 ， 球 状 风 化 ； 残 积 物 ， 风 化 壳 。2 基 本 特 征 ： 机 械 风 化 特 征 ， 化 学 风 化 特 征 ， 风 化 壳 特 征 与 研 究 意 义3 思 考 ： 三 种 风 化 作 用 （ 机 械 、 化 学 、 生 物 ） 之 间 是 如 何 联 系 的 。 我 国 南 方 风 化 特 征 与 北 方 风 化 特 征 的 类 型 、 差 别 和 原 因 。
