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矿物岩石风化过程的一般规律

时间:2022-01-22 百科知识 版权反馈
【摘要】:风化作用通常分为物理风化作用和化学风化作用两类。物理风化作用物理风化作用,又称崩解作用,指岩石在外力作用下所发生的物理疏松、结构崩解的机械破坏过程,一般不引起化学成分的变化。开裂作用由地壳内压力释放引起岩石的崩解现象。生物物理风化作用生物物理风化作用是指生物活动引起的物理风化。陆壳中花岗岩分布最广,其中所含的长石的水解反应是陆地最普遍的化学风化作用。碳酸化作用是指含有CO2的水溶液对矿物的离解过程。
风化作用_自然地理学辞典

风化作用

地表和近地表的岩石在日光、空气、水和生物等外力作用下所发生的物理或化学变化。被风化了的岩石圈疏松表层称为风化壳。风化作用使岩石(层)发生崩解和分解,所能达到的深度为风化壳的厚度,可以从几十厘米至几百米。在寒冷地区风化壳的厚度较小,在湿热的热带地区可以达到100~200米,在断裂带发育区风化壳可以达到更大深度。风化作用通常分为物理风化作用和化学风化作用两类。它为地表各种外营力(块体运动、流水、冰川、波浪及风等)的剥蚀和侵蚀作用准备了条件,没有风化作用为先导,剥蚀和侵蚀作用难以进行。风化碎屑物和淋溶物从原地被搬运外输,地面被低夷,残遗的风化物质在各地不同地理条件下发育了不同类型的土壤。

物理风化作用

物理风化作用,又称崩解作用,指岩石在外力作用下所发生的物理疏松、结构崩解的机械破坏过程,一般不引起化学成分的变化。引起物理风化的原因,有压力释放、温度变化、冰冻、新晶体生长和生物活动等方面。

开裂作用

由地壳内压力释放引起岩石的崩解现象。在地壳深处的岩石,被抬升至地表或近地表时,由于负荷大大减轻,压力释放约达(1.5~8)×1013帕,引起岩石体积膨胀。当膨胀超过弹性限度之后,岩石往往产生一系列大致与地表平行,或微缓拱起的裂隙,使岩石呈薄层状开裂,称为层裂,同时并伴有侧向的裂隙。裂隙的厚度自几厘米至几米不等,愈向深处间距愈大,有的可达几十米。

胀缩作用

温度变化使岩石发生表里胀缩差异而发生的崩解破碎现象,亦称为温差风化。描述各地地表温度的变化有年温差和日温差之分,其中日温差对风化尤其重要,如在干燥地区夏季戈壁地面的日温差达60℃以上,温差风化十分显著。岩石是热的不良导体,在阳光直接照射下,表面迅速增温,体积膨胀,而表层之下很少增温,且在时间上不和表层同步膨胀。夜间则相反,表面散热迅速,体积收缩,下层散热慢,也不与表层同步收缩。岩石又是多种矿物的集合体,各种矿物的热力膨胀系数、颗粒大小、颜色深浅和晶体结构都不相同。当温度发生剧烈变化时,它们胀缩的变形量不同,削弱了彼此之间的聚结力,促进了风化。岩石经过长期频繁的温差风化,产生大致与表面平行的风化裂隙,出现层状剥落。花岗岩风化后形成的石蛋地形主要就是这个原因。

挤压作用

岩石裂隙水冻结或析出新晶体挤压岩石形成的崩解现象。裂隙水冻结时体积膨胀,增大9%左右,它对裂隙边壁施加强大压力,可达960千克/厘米2,使岩石裂隙加宽加深,起了楔子的作用,所以这种冻胀作用也称冰楔作用。在亚极地湿润区和高山顶部雪线附近,气温经常在0℃上下变化,冰楔作用特别显著,那里常散布大量风化岩屑或连片的石海。裂隙水常溶解大量矿物质,水分蒸发后析出的晶体,挤压岩壁,助长崩裂。

生物物理风化作用

生物物理风化作用是指生物活动引起的物理风化。植物根系伸进裂隙,以及树木摇动和倒塌时根部所产生的压力也促使岩石破碎,这种作用叫根劈作用。蚯蚓白蚁和啮齿类等动物,常把地下的土层、岩屑翻上地面,加速风化。

化学风化作用

又称分解作用,在水、水溶液、空气和生物等影响下岩石发生化学成分变化的过程。在化学风化中各种岩石经历的破坏过程可分为三个阶段:

1.早期阶段。岩石中易溶盐类首先溶解流失;同时矿物中的K+、Na、Ca2+、Mg2+等离子与溶液中的Cl、OHimg1等离子结合,形成易溶于水的化合物,大部分随水迁移,而较难溶的碳酸盐大部分保留。本阶段可称为富钙阶段。

2.中期阶段。岩石中碳酸盐类大量迁移,部分SiO2析离,形成硅酸的真溶液或胶体溶液流失,或凝聚成蛋白石堆积。这时,岩石中的铝硅酸盐矿物经化学风化后,形成各种粘土矿物残留原地,可富集成粘土矿。本阶段可称为富硅阶段。

3.晚期阶段。在湿热气候条件下,高岭石继续风化,SiO2不断析出,一部分随水流失,一部分形成蛋白石堆积于原地。高岭石彻底分解,最后形成难溶于水的氢氧化铝,其中大部分凝聚沉淀形成各种含水的氧化铝矿物,可富集成铝土矿。本阶段可称为富铝阶段。化学风化的主要方式有水化、水解、溶解、碳酸化、氧化和生物化学风化等作用。

水化作用和水解作用

水化作用是指水分与一些不含水的矿物相化合,形成新矿物的过程。这些水分直接参与到矿物的晶格中去,改变了原来矿物的分子结构。如硬石膏与水化合形成石膏,体积膨胀,比重降低,硬度变小。

CaSO4+2H2O─→CaSO4·2H2O

水解作用是指矿物与水发生反应而分解的过程,它是水与矿物发生化学反应的另一种途径。纯水是中性的,但仍存在游离的H和OH离子。它使一些弱酸强碱或弱碱强酸的盐类在水中解离,并与水中的H、OH结合产生新矿物。陆壳中花岗岩分布最广,其中所含的长石的水解反应是陆地最普遍的化学风化作用。如正长石水解后形成高岭石,SiO2呈胶体状态和KOH一起随水流失。其反应式如下:

K2O·Al2O3·6SiO2+3H2O─→H4Al2Si2O9+3KOH+4SiO2

溶解作用和碳酸化作用

溶解作用是指水对矿物的直接溶解。绝大部分矿物都能溶解于水中,但有难易之分。极易溶的K、Na氯化物,和易溶的Ca2+、Mg2+氯化物和硫酸盐等,即使在干旱、半干旱地区,也受淋溶,流到低洼处,受蒸发后形成盐碱滩或盐湖。较难溶的为Ca2+、Mg2+等碳酸盐。最难溶的为Fe3+、Al3+、Si 4+氧化物和硅酸盐。矿物溶解的难易程度与其溶解度有关,常见的硅酸盐矿物溶解度顺序为:橄榄石>辉石>角闪石>黑云母>斜长石>正长石>白云母>石英。石英化学性质稳定,抵抗化学风化能力极强,而且耐磨蚀,故在河床、海滩和沙漠中大量富集。

碳酸化作用是指含有CO2的水溶液对矿物的离解过程。纯水溶解速度很慢。但当水中溶有CO2时,与水结合形成碳酸,碳酸根img2易与矿物中的阳离子化合成易溶于水的碳酸盐,大大增强了水溶液对矿物的离解能力。如正长石经碳酸化后,生成K2CO3随水流失,析出胶状的SiO2也随水流失,部分形成蛋白石,残留难溶的高岭石。其反应式为:

K2O·Al2O3·6SiO2+2H2O+CO2─→H4Al2SiO9+K2CO3+4SiO2

分布广泛的石灰岩,其主要矿物是方解石(CaCO3)。它在纯水中溶解速度很慢,但在含碳酸的水溶液中能很快发生化学反应,生成溶于水中的重碳酸钙。其反应式为:

CaCO3+H3O+CO2─→Ca(HCO32

在水中重碳酸钙的溶解速度是碳酸钙的30倍,所以能使石灰岩迅速溶解,形成各种喀斯特地貌。在石灰岩区常见的这种受蚀作用称为溶蚀作用。

氧化作用

指大气和水中的游离氧与矿物的化合过程。在高温湿润的条件下,氧化作用尤其强烈。各地氧化作用的深度主要与地下水面深度有关:地下水面以上,氧化作用活跃,为氧化环境;地下水面以下,岩石孔隙为水充满,氧化作用很难进行,为还原环境。

自然界中许多变价元素在地下缺氧条件下,常形成低价元素矿物,他们在地表环境中极不稳定,容易被氧化为高价元素,形成新矿物。如黄铁矿(FeS2)、菱铁矿(FeCO3)等含二价铁的矿物,氧化后变为含三价铁的褐铁矿、赤铁矿。铁是分布很广的元素,褐铁矿、赤铁矿呈黄褐色至红褐色,常难溶于水而残留原地,富集为“铁帽”。

生物化学风化作用

指生物作用引起的化学风化。生物在新陈代谢过程中,一方面从土壤和岩石中吸取某些元素为营养,同时分泌有机酸腐蚀岩石。动植物的遗体腐烂后分泌有机酸和气体,并形成腐殖质腐蚀、分解岩石。

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