关于风化作用介绍

[拼音]：fenghua zuoyong

[外文]：weathering

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

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。

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d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。

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，在阳光直褂照射下，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（见彩图）后形成的石蛋地形主要就是这个原因。

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（见冰缘地貌）。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。

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（见彩图）。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3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 +、Ca 2+、Mg2+等离子与溶液中的 Cl-、OH-、CO卲、SO厈等离子结合，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。

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：

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+等氯化物，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+、Si4+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CO卲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：

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：

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。

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”。

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。