3 风化作用

第12章风化作用Weathering第一节风化作用的类型和特点物理风化MechanicalWeathering化学风化ChemicalWeathering生物风化BiologicalWeathering风化过程中矿物的稳定性第二节影响风化作用的因素气候条件Climatic地形条件Topographic岩石性质Lithologic风化中的花岗岩，西澳GalleryHill北戴河的海滩砂新鲜的花岗岩，秦皇岛长寿山第一节.风化作用的类型和特点风化作用：地表岩石在原地发生机械破碎、化学分解的过程。按作用方式可分3类：物理风化（机械风化）、化学风化和生物风化一、物理风化物理风化：岩石受机械作用力的影响，产生崩解、破碎，改变块体大小，而基本上不改变其化学成分。周口店风蚀蘑菇北戴河老虎石冰川侵蚀作用（ColumbiaIcefield，加拿大落基山）物理风化的作用方式1.岩石的热胀冷缩不同矿物胀缩系数不一，相互脱落，破碎。岩石表里胀缩程度不同。白天，表面受晒膨胀，内部较冷；晚上，表面冷缩，内部较热。如：西北沙漠某地区，白天47℃，晚上-3℃，相差50℃，物理风化强烈。2.岩石孔隙中水和盐分的物态变化如：结冰体积膨胀，对周围岩石产生挤压力，扩大岩石中的孔隙。盐结晶时体积膨胀。图片来自网络二、化学风化化学风化:岩石在水、空气中H2O、O2、CO2等作用下，发生溶解、水化、水解、重碳酸化和氧化等一系列化学变化，导致岩石结构、成分和性质发生改变的作用。风化产物：碎屑物质、溶解物质和不溶残余物质。风化壳：自地面向下一定深度基岩受到明显风化的地带。风化壳剖面图片来自网络化学风化作用方式1.水解作用e.g.KAlSi3O8+H++OH-1Al4Si4O10(OH)8+H4SiO4+K+钾长石高岭石可溶硅酸KAlSi3O8+H++OH-1KAl2Si4O10(OH)2•nH2O+H4SiO4+K+钾长石伊利石可溶硅酸据常丽华等，2006K[AlSi3O8]（钾长石）K1Al2[(Si,Al)4O10][OH]2·nH2O（伊利石）Al4[Si4O10][OH]8（高岭石）SiO2·nH2O（蛋白石）Al2O3·nH2O（铝土矿）元素析出顺序：KSiAl钾长石的风化斜长石的绢云母化、碳酸盐化据常丽华等，20062.氧化作用e.g.Fe2[Si2O6]+O22Fe2O3+4SiO2铁辉石赤铁矿FeS2+O2Fe2O3+SO2黄铁矿赤铁矿氧化作用的特点:氧化反应程度主要与水体中的游离氧有关。新形成的产物总是在水体或空气中具有更高的稳定性。3.碳酸盐、重碳酸盐化柴达木盆地第三系砂岩PlQtze.g.CaAl2Si2O8+CO2+H2OCaCO3+Al2Si2O5(OH)4钙长石方解石高岭石与水体中CO2的浓度有关重碳酸盐易溶，可随水迁移难溶组分以胶体形式迁移云南石林北戴河砂锅店岩溶：重碳酸盐化CaCO3+CO2+H2OCa2++2HCO3-4.有机络合作用矿物与有机酸或酚等反应，生成易溶的有机络合物，随流体迁移。5.胶体分散作用胶体：微米—纳米级(10-3-10-6mm)微粒，常带电荷（+，-）。如:[Fe(OH)3]•Fe3+、[Fe(OH)3]•(OH)静电排斥阻碍胶粒或胶团的重力下沉当溶液带电性改变时,胶体发生凝聚和沉淀。Pt2+与乙烯、Cl络合物1.生物的机械风化作用植物根、蚯蚓、老鼠等动物钻洞，人类活动。。。2.生物的化学风化作用生物腐烂分解形成有机酸，对岩石起腐蚀作用。*地表岩石经机械、化学风化形成的松散物，经生物作用，增加了有机质—腐殖质。这种具腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫土壤。三、生物风化作用不稳定矿物次稳定矿物稳定矿物橄榄石辉石、角闪石基性斜长石白云石方解石金属硫化物易溶盐类白云母钾长石中酸性斜长石黑云母、伊利石磁铁矿、帘石、磷灰石榍石、十字石、石榴子石石英电气石金红石锆石高岭石Fe、Mn、Al氧化物/氢氧化物四、风化过程中矿物的稳定性易氧化、碳酸盐化、重碳酸盐化水解、轻微氧化/轻微碳酸盐、重碳酸盐化溶解度低、难分解镁铁质矿物硅铝质矿物Bowen,1928橄榄石辉石角闪石黑云母钙长石钙/钠斜长石钠斜长石正长石白云母石英岛状单链双链层状N.L.Bowen(1887-1956)鲍文反应序列与风化中矿物的稳定性•云母（Mica）–白云母抗风化能力较强。在风化中，主要析出K、加入水水白云母高岭石。–黑云母抗风化能力差。受风化后，K、Mg等首先析出，同时加入水蛭石、绿泥石、褐铁矿等•‹镁铁硅酸盐矿物（橄榄石、辉石、角闪石等）：抗风化能力差，极易转变为绿泥石等矿物。在风化产物中保留少，沉积岩中少见。风化过程中矿物的变化•粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母等）在风化带中相当稳定。•碳酸盐矿物（如方解石、白云石等）稳定性很低，易溶于水并顺水转移。•‹硫酸盐（如石膏、硬石膏）、硫化物（如黄铁矿）、卤化物（如石盐）等，风化稳定性最低，极易溶于水/氧化，呈溶液状态流失走。•‹重矿物：稳定性差别大。如锆石、金红石、电气石等较稳定，为沉积岩中常见稳定重矿物。风化过程中矿物的变化*以下各种造岩矿物抗风化能力强弱排列正确的有（）。A．钾长石＞石英＞黑云母B．方解石＞斜长石＞黑云母C．石英＞微斜长石＞方解石D．白云石＞中性斜长石＞方解石第二节影响风化作用的因素风化作用速度和方式主要取决于：自然地理条件（气候、地貌）岩石结构、矿物性质一、气候条件气候寒冷或干燥地区，生物稀少，液态水少。以物理风化（风、冰川等）作用为主。岩石破碎，但少有土壤或风化壳。柴达木盆地北戴河鸡冠山花岗岩风化成红土气候温暖潮湿地区，降水量大，生物繁茂，产生大量有机酸，腐蚀能力强，化学、生物风化十分强烈，形成大量粘土，在有利条件下可形成残积矿床。可形成较厚的土壤层。二、地形条件地形影响气候，间接影响风化作用陡坡区：地下水位低，生物较少，以物理风化为主地势平坦区：生物发育、流体丰富，化学和生物风化作用为主。三、岩石性质1.成分因素岩浆岩比变质岩、沉积岩易风化：岩浆岩形成于高温（高压）条件，矿物种类多(内部矿物抗风化能力差异大)。岩浆岩中，基性岩比酸性岩易风化：基性岩中暗色矿物较多，颜色深，易吸热，易氧化等。沉积岩中，易溶岩石(如石膏、碳酸盐岩类等)易于风化*差异风化：在相同的条件下，不同岩石抗风化能力不同。差异风化有助于确定岩层产状。周口店车厂“搓衣板”2.岩石的结构/构造因素岩石结构较疏松的易风化不等粒结构、粒度粗者易风化构造破碎带易风化（常形成洼地或沟谷）球形风化：在节理发育的厚层砂岩或块状岩浆岩中，岩石常被风化成球形或椭球形。风化过程：先角、再棱、后面球形风化形成条件岩石具厚层/块状构造发育几组交叉节理岩石难溶主要为等粒结构周口店磊孤山复习思考题1.试述物理风化、化学风化、生物风化的表现形式及其影响因素。2.母岩风化产物有哪些类型？3.24亿年前，地球大气圈中没有自由氧，没有大型植物，那么该时期风化作用与现今有何差异？4.试分析撒哈拉沙漠和北极地区风化作用的差异性。5.各类岩石抗风化能力差异的原因是什么？6.如何通过沉积岩中的矿物组合和化学成分来研究其形成时的气候条件？