1. 第 10 讲 风化作用 一、风化作用的概念 二、风化作用的类型 三、元素迁移序列 四、影响岩石风化的因素 五、风化作用的产物

2. 一、 风化作用的概念 风化作用， weathering 在地表条件下，岩石在大气、水和生物等因素影 响下而发生物理性状和 / 或矿物成分、化学成分 发生变化的作用。 风化作用的原因： 出露到地表的原生矿物与外界环境因子处于不平衡状态 ，需要实现新 的平衡。

3. 我国很多摩崖造像和摩崖题刻均严重风化

4. 二、 风化作用的类型 1. 按作用方式分 物理风化 化学风化 生物风化

5. 1 ）物理风化 由于温度或力的作用引起岩石在不改变矿物成分和 化学成分的情况下，形状和大小发生变化，使岩 石孔隙度、表面积增加，密度和比重减小。 温度风化－热胀冷缩 机械风化：外部营力作用 卸载作用

6. 温度风化：不同矿物、同一矿物的不同方向以及内外的膨胀系数不同。

7. 温度风化

8. 机械风化（ 1 ） — 冰劈作用： 结冰时体积增加 1/11

9. 冰劈作用

10. 机械风化（ 2 ） — 盐类的潮解与结晶膨胀作用

11. 卸载作用：压力解除后岩石向上和向外膨胀，形成平行于地面的 裂隙，采石场常出现这种现象。

12. 深成岩抬升到地表后，压力降低使岩石膨胀破碎， 形成与地面平行的节理（卸荷节理） 。

13. 2 ）化学风化 化学成分和 / 或矿物成分发生变化，形成新矿物。 （ 1 ）水的作用 溶解作用 水化作用 水解作用

14. （ a ）溶解作用 常见矿物在水中的溶解度大小顺序： 方解石 > 白云石 > 橄榄石 > 辉石 > 角闪石 > 长石 > 石英

15. （ b ）水化作用－无水矿物与水结合形成含水矿物 CaSO 4 + 2H 2 O → CaSO 4. 2H 2 O ，体积增加 59% 。 (anhydrite) (gypsum) （ c ）水解作用－形成含 OH - 的新矿物 4KAlSi 3 O 8 +6H 2 O→[Al 4 Si 4 O 10 ](OH) 8 + 8SiO 2 + 4KOH Or Kao [Al 4 Si 4 O 10 ](OH) 8 + nH 2 O →2Al 2 O 3 · nH 2 O + 4SiO 2 + 4H 2 O Kao

16. 经受水解作用的花岗岩 ( 马达加斯加 )

17. （ 2 ） CO 2 的作用 — 碳酸化作用 4KAlSi3O8 + 4H2O + 2CO2 → 2K2CO3 + 8SiO2 + [Al4Si4O10](OH)8 Or Kao [Al4Si4O10](OH)8 + nH2O → 2Al2O3 · nH2O + 4SiO2 + 4H2O Kao CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 （ 3 ） O 2 的作用 — 氧化作用 2Fe2SiO4 + 3H2O + O2 → 2Fe2O3. 3H2O + 2SiO2 2FeS2 + 2H2O + 7O2 → 2FeSO4 + 2H2SO4 12FeSO4 + 3O2 + 6H2O →4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3

20. 3 ）生物风化 生物风化作用 人类活动 动物钻洞、挖土 植物根劈 微生物 生物物理风化作用 生物化学风化作用：分泌有机酸、无机酸进而分解矿物

21. 西柏坡防空洞 1941 年 2 月，重庆市民在日军轰炸 时躲入防空洞 生物破坏岩石的方式： （ 1 ）机械破坏 ①人类活动

22. ②穴居动物挖掘

23. ③ 植物的根劈作用

24. 冷杉林土壤 A 层中 土壤颗粒被菌丝围 绕 菌丝穿插进入山毛榉林下 土壤 B 层岩石的碎屑孔隙中 ④ 菌根菌与矿物隧道 菌丝进入长石

25. （ 2 ）化学破坏 动物和微生物的分泌物和生物遗体腐烂形成的有机 酸引起岩石的解离以及生物体对某些矿物的直接 破坏。 有机酸：微生物分泌，低分子量。 无机酸：固氮菌产生硝酸、硫化菌产生硫酸等。 分解矿物的细菌：如铁细菌、氢细菌、钾细菌、磷细菌、硫细菌等。

26. 长石碎片内部的管孔与菌丝 钙长石与菌丝 Van Breemen, et al. 2000. Biogeochemistry, 49: 53–67

27. 三种风化作用的关系 同时发生 相互影响 相互促进 物理风化 增大比表面积，利于化学、生物风化 化学、生物风化 改变岩石的物理性质

28. 2. 按形态分类 球状风化 差异风化（选择风化）

29. 1 ）球状风化

35. 球状风化（雷州半岛）

38. 东海县山左口蛇纹石矿（ 2010.11.09 照）

39. 2 ）差异风化

40. 岩墙

41. T 1 ＋ 2 青龙群剖面（石灰岩＋泥岩、页岩），位于南京湖山村，中国水 泥厂围墙外

42. 三、化学风化的阶段性 1 ）早期 富钙化， S 、 Cl 淋失，形成碳酸盐矿物，如内蒙古和东北干 旱草原的黑钙土。 2 ）中期 酸性硅铝阶段， Ca 、 Mg 、 Na 、 K 淋失，形成粘土矿物。 内蒙古东胜高岭土矿，原岩为 长石石英砂岩。景德镇高岭土矿，原岩为花岗岩。

43. 3 ）晚期 富铝阶段，形成铁和铝的氧化物和氢氧化物，如砖红壤。 砖红壤是在热带湿润气候条件下经过强富铁铝化过程形成的地带性土壤。主 要分布区在雷州半岛南部、海南岛、南沙、西沙群岛、云南西双版纳的 中低山和丘陵地带。因富含氧化铁而呈砖红色， 但不同母质上发育的砖 红壤其红色鲜艳程度不同。土壤呈强酸性（ pH 4.5 ～ 5.0 ），植物养分贫 瘠。 发育在花岗岩上的砖红壤 铝土矿

44. 四、影响岩石风化的因素 1. 岩石性质 2. 气候 3. 地形 4. 生物作用 5. 时间 五大成土因素

45. 岩石性质 岩石的类型（决定化学成分特点） 矿物成分 结构 构造

46. 1. 岩石性质 1 ）岩石的类型 岩石形成环境与地表环境差别越大则抗风化能力越弱。 单矿物岩的抗风化能力 > 复矿物岩 沉积岩的抗风化能力 > 变质岩和岩浆岩 沉积岩：碎屑岩 > 化学岩和生物岩 岩浆岩：酸性岩 > 基性岩 变质岩：浅变质岩 > 深变质岩

47. 张家界，砂岩

48. 广东丹霞山，中国首批世界地质公园之一。

49. 黄山，花岗岩嵩山－石英岩

50. 橄榄石 辉 石 角闪石 黑云母 钙长石 钙钠长石 钠钙长石 钠长石 钾长石 白云母 石 英石 英 Bowen’s reaction series 不连续系列不连续系列 连续系列连续系列 温度 2 ）岩石的矿物成分

51. 3 ）岩石的结构 颗粒均均 > 不均匀 基底式胶结 > 孔隙式胶结 胶结物成分：硅质 > 钙质 > 泥质 4 ）岩石的构造 断层 节理

52. 2. 气候 通过气温、降雨量和生物繁殖状况而表现。

53. 3. 地形 4. 生物作用 5. 时间 海枯石烂？

54. 五、风化作用的产物 1. 土壤（ soil ） 陆地表面具有肥力特征、能够生长植物的疏松 表层。 通过生物风化作用而形成的含有 腐殖质的松散细粒物质，主要由矿物、 有机质、水分和空气组成。厚度一般在 50~60cm 左右。

55. 从岩石到土壤的演变模式（母岩 → 母质 → 土壤）

57. 土壤剖面

58. 2. 风化作用产物的类型 1 ）碎屑物质：矿物、岩石碎屑 2 ）溶解物质 （ 1 ）易搬运： K 、 Na 、 Ca 、 Mg ，以真溶液形式搬运 （ 2 ）较易搬运：以胶体形式搬运， 带负电 SiO 2 （蛋白石、玛瑙） Mn(OH) 2 （树枝状结晶、黑色膜状物） 两性胶体 Fe(OH) 3 、 Al(OH) 3 ，酸性条件下带 正电，碱性条件下带负电。 3 ）难溶物质 Fe 、 Mn 、 Al

59. 3. 影响风化壳和土壤形成的因素 1 ）母岩：化学成分、矿物成分、结构和构造 2 ）气候：通过气温、降雨量和生物繁殖状况而表现 3 ）地形：水热条件、物质、地表径流、地下水位、土壤 水流向 4 ）时间： 5 ）生物：植物、动物、微生物 S=F(cl, o, r, p, t) 酸雨（ pH<5.6 ）：完全清洁的大气的 CO 2 （ 312 × 10 -6 ）溶 解于雨水中形成碳酸溶液的 pH 值。 道库恰耶夫

60. 不同气候 — 植被带内风化壳厚度的变化

62. 4. 风化程度的评价指标 1 ）硅铁铝率 SiO 2 /(Al 2 O 3 +Fe 2 O 3 ) 2 ）硅铝率 SiO 2 /Al 2 O 3 3 ）硅铁率 SiO 2 /Fe 2 O 3 4 ）化学风化指数（ CIA ） Al 2 O 3 /(Al 2 O 3 +K 2 O+Na 2 O+CaO) ×100 5 ） Rb/Sr 、 Fe/Mg 、磁化率等

63. 5. 风化作用的意义 1 ）形成土壤 2 ）形成矿产 残积型矿产：锡石、金刚石、金、铂等； 残余型矿产：高岭土、 Al 、 Fe 、 Mn 、 REE 、 U 等 3 ）古环境变化的信息载体