《地球科学概论》第6章风化作用与土壤.pptxVIP

第6章风化作用与土壤

本章主要内容：

米概述

米物理风化作用

米化学风化作用

米风化作用的速度米土壤简介

1、概述

风化作用：由于温度的变化、以及大气、水溶液、生物的作用，使岩石在原地发生物理、化学变化的过程。

·所形成的产物不发生显著位移。这与侵蚀/剥蚀作用(运动的地质营力一如风、流水、冰川等一将岩石颗粒移离原地)有明显区别。

·主要发生在地表或近地表处，向下逐渐减弱以至停止

一风化层：岩石遭受风化作用后形成的一层风化产物(碎屑、蚀变物、残留物)

一基岩：风化层之下未遭受风化作用的岩石

物理风化作用

岩石在风化营力作用下发生机械破碎

产物：岩石碎块、碎屑

化学风化作用

岩石在氧、水溶液作用下发生矿物分解/蚀变

产物：溶解物、新生物、残留物

1、概述

风化作用：由于温度的变化、以及大气、水溶液、生物的作用，使岩石在原地发生物理、化学变化的过程。

风化作用

2、物理风化作用

-岩石在风化营力作用下发生机械破碎

·剥离作用

·冰劈作用(冰冻风化作用)

·层裂作用

·根劈作用

·昼夜/季节温度变化

·岩石表面和内部不均匀膨胀一收缩·岩石表层呈鳞片状层层脱落

剥离作用

·昼夜温度在冰点上下变化

·岩石裂缝中的水结冰、体积膨胀(9%)·岩石破裂崩解

冰劈作用

冰冻风化作用

·高纬度地区、中纬度高山区最甚

·深部岩石被抬升、出露地表

·因“卸载”导致岩石体积膨胀(外层较内部膨胀更甚)·形成平行地表的裂隙(层状节理)

层裂作用

层裂作用

根劈作用

·“生物物理风化作用”

·生长在裂隙中的植物的根系使裂隙扩大、引起岩石崩解

根劈作用

8个碎块，每个边长约为0.5m体积=(0.5)³×8=1m³

表面积=12m²

单个砾石，边长约为1m体积=1m³

表面积=6m²

沿裂缝破裂开

碎块大小为原始岩块大小的1/4表面积×4

碎块大小为原始岩块大小的1/8表面积×8

碎块大小为原始岩块大小的1/2

表面积×2

3、化学风化作用

一岩石在氧、水溶液作用下发生矿物分解/蚀变

·氧化作用

·溶解作用

·水解作用

·空气中约21%是氧气

·在潮湿空气中氧化作用很强·有机化合物、低价氧化物、

硫化物最易遭受氧化作用

如黄铁矿(FeS₂)在水的参与下很快会被氧化成褐铁矿 (Fe₂O₃·nH₂O)

众多含铁矿物一如铁镁硅酸盐矿物(辉石、闪石、黑云母、橄榄石)在有水参与时会氧化成褐铁矿。

黄铁矿遭受氧化作

用后变为褐铁矿

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氧化作用形成的褐铁矿使岩石染色成砖红色

3、化学风化作用2)溶解作用

●酸性溶液使岩石、矿物分解破坏的过程

·空气中的CO₂使雨水呈弱酸性(pH5.5-6)

·土壤中生物的呼吸作用及有机质的腐烂产生CO₂、形成碳酸及有机酸

·燃烧化石燃料(煤、石油、天然气)会释放出CO₂、NO₂、SO₂,形成“酸雨”(pH2-4)

有些矿物可被完全溶解：

CaCO₃+CO₂+H₂OCa²++HCO₃-

有些矿物在溶液作用下被变成新的矿物

(如长石→高岭石)

略显酸性的水将长石中的钾离子和二氧化硅溶解出来

AlSI₂O₃(OH)₄

把长石变为粘土矿物高岭石

溶出的钾离子(K+)和重碳酸根离子(HCO₃-)进入地下水或河流

空气中的部分CO₂溶解在雨滴中，形成碳酸(H₂CO₃)

一小部分

H₂CO₂离子化，形成氢离子(H+)和重碳酸根离子(HCO₃-),使雨滴略显酸性

长石的溶解过程

KAS;O

土壤层中的被溶蚀的长石

Fig.6.2

3、化学风化作用3)水解作用

●矿物遇水后结构改变、形成带OH-的新矿物

·当水中溶有CO₂时，水解作用加速进行

如长石的水解：

KAISi₃0₈+H₂O—→Al₄(Si₄010)(OH)₈+SiO₂+KOH

(正长石)(高岭石)

在湿热气候条件下高岭石还会继续水解，最后形成铝土矿和二氧化硅。二氧化硅呈胶体溶液带走，残留下铝土矿：

Al₄(Si₄010)(OH)₈+H₂O—→Al₂O₃·H₂0+SiO₂

(高岭石)(铝土矿)

4、风化作用的速度

影响风化作用速度的主要因素

·岩石性质

矿物成分与化学成分：晶体格架稳定性；单矿岩/复矿岩；矿物颜色

一风化作用速度、程度、产物