第3章风化作用与坡地重力地貌.ppt

第一节 风化作用与风化壳 一、风化作用 风化作用是指出露地表的岩石受太阳辐射、温度变化、水和气体( 氧、二氧化碳等）以及生物等的作用，其物理状态和化学成分发生变化的作用。 无论何种性质的岩石，一旦出露或接近地表，直接与水圈、大气圈和生物圈接触，在地表物理、化学因素作用下，都会发生疏松、崩解和化学成分的改变，变成大小不等的碎屑或土层。风化作用的实质就是岩石脱离地壳深部高温高压条件，出露或接近地表后，为适应地表常温常压的新环境而必然发生的一种变化过程。 通常将风化作用分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用三种。 （一）物理风化作用 因卸荷释重、温度变化、空隙水（孔隙水、裂隙水）物态变化、盐类潮解与结晶等作用，使岩石发生机械破坏而又不改变其化学成分的过程，叫做物理风化作用。 使岩石发生物理风化作用的原因有以下几个方面: （1）卸荷释重：形成于地壳深处的岩石受到构造运动抬升，上覆的岩层逐步被剥蚀，释放了原来承受的压力，引起岩体膨胀。当膨胀超过岩石的弹性限度时，岩石就会发生破裂、剥离。由此形成的裂隙或隐伏纹理，称为卸荷裂隙。这种作用在花岗岩分布区多见。 （2）温度变化：温度有日变化和季节性的年变化，对于岩石和矿物的热胀冷缩作用来说，日变化影响最大，年变化影响较小。昼夜温差较大的内陆干旱荒漠地区，物理风化作用最为强烈。温度的反复变化会使不同物质成分的岩石或同一岩石的表层和内部发生不同的热胀冷缩作用，从而引起岩石的剥离和崩解。 （3）空隙水物态变化 岩石空隙中的水在温度降至冰点以下冻结时，体积膨胀，对周围岩石产生巨大压力，导致岩石空隙的扩大或增加。当温度升高至冰点以上冰又融化成水时，体积减小，被扩大或增加的空隙中又有水进入，填满空隙。如此反复冻结融化，会引起岩石挤裂破碎。这个过程称为冰劈作用或冰楔作用。 （4）岩石空隙中矿物的结晶作用 在降水量少，蒸发作用强烈的干旱、半干旱地区，岩石裂隙中含盐分较多。白天，在烈日的烤晒之下，气温升高，岩石中的水分蒸发，盐类结晶，所形成的结晶体对周围岩石产生撑胀作用，扩大或增加了岩石空隙。夜晚，气温降低，盐类从大气中吸收水分变成盐水溶液，渗入岩石内部，同时将沿途所遇的盐类溶解。盐类溶解时体积缩小，盐水溶液又可渗透到结晶时所增加或扩大的空隙中。盐类的反复溶解和重结晶引起了岩石的崩裂。 砂岩球状风化 花岗岩球状风化 物理风化作用是一种机械的破坏作用，虽然使整体岩石逐步崩解成碎块以致碎屑，但岩石的化学成分却很少改变。陡坡上的物理风化作用产物在重力作用下常坠落到陡坡下，形成崩积物。体积大或比重大的滚得远，体积小或比重小的滚得近，因而在陡坡的坡麓形成上部细粒、下部粗粒的半圆锥体地形，称为倒石堆。陡坡上岩石经物理风化后，常有崩裂物坠落下来，影响坡下各种工程设施，甚至会造成重大破坏或危及生命安全，需要特别重视。 （二）化学风化作用 化学风化作用是指岩石在水、各种溶液、空气中的氧、二氧化碳等的化学作用下发生的破坏作用。它不仅使岩石发生破碎，而且还使其矿物成分和化学成分发生改变。 矿物的抗风化能力与其在岩浆中的结晶顺序相对应。结晶时温度的高低与化学风化的难易程度有密切关系。以硅酸盐矿物为例，最先结晶的高温矿物，如橄榄石，最易风化；比较低温结晶的矿物，如长石，化学风化较慢；最后结晶的石英，它抵抗化学风化的能力最强。 化学风化作用以水溶液为主要因素，包括溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等作用方式。 （1）溶解作用： 水对矿物的直接溶解 任何矿物都可溶解于水，只是各种矿物的溶解度不同。易溶矿物多为非硅酸盐矿物，如岩盐、石膏、方解石等；难溶矿物多为硅酸盐矿物，如云母、长石等。常见的造岩矿物，其溶解度大小顺序是：食盐石膏方解石橄榄石辉石角闪石滑石蛇纹石绿帘石长石黑云母白云母石英。 经过长期的溶解作用之后，易溶矿物被溶解淋滤带走，难溶矿物则残留原地成为残积物。由于溶解作用增加了岩石的空隙，破坏了岩石的结构，削弱了岩石的抗风化能力，有利于物理风化的进行。 （2）水化作用：水分子与一些不含水的矿物相结合，改变原来矿物的分子结构，形成新的含水矿物。如硬石膏经水化作用形成石膏，赤铁矿经水化作用形成褐铁矿。 CaSO4 ＋ 2H2O CaSO4·2H2O （硬石膏） （石膏） Fe2O3 ＋ nH2O Fe2O3·nH2O (赤铁矿) （褐铁矿） 新形成的含水矿物，硬度一般都低于原来的矿物，这同样削弱了岩石抵抗风化的能力。同时，水化作用常使矿物体积膨胀。这一体积增大过程将对围岩产生巨大压力，从而促进物理风化作用的进行。 有些粘土矿物视其环境潮湿程度