地球科学概论第五章风化作用与剥蚀作用

1、第五章风化作用和侵蚀作用第一节风化作用第二节侵蚀作用，第一节风化作用类型第二，风化作用产物第三，影响风化作用的因素，风化作用是指在表面或表面附近条件下，由于温度、大气、水和生物等因素，地壳或岩石圈的矿物、岩石原地分解和破坏的过程。引起风化作用的原因是什么？第一，根据风化作用类型风化作用方式和特性，风化作用可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。图5-1岩石温差风化过程图，(a)物理风化作用主要是指温度、大气、水等因素引起的矿物、岩石原地机械粉碎的过程。(1)温差风化是指岩石表面温度的周期性变化导致岩石崩塌的过程。图5-2冰分割作用，(2)冰分割作用是指充填在岩石裂缝中的水的结冰体积膨胀

2、，使岩石崩塌的过程。(3)盐类结晶和潮解是岩石的孔隙和裂缝中含有盐分的溶液，是指由于水溶液浓度的变化，岩石结晶和溶解，岩石破碎的过程。裂纹或卸载效应，(4)裂纹或卸载作用，意味着岩石因卸载而向上或向外膨胀，形成平行垂直表面的一系列裂纹，使岩石分层剥落和崩塌。(5)裂缝是指主要由粘土矿物组成的部分岩石因干湿变化而体积膨胀，收缩，表面出现裂缝，岩石逐渐崩塌的过程。产生裂缝的主要原因是粘土矿物，如高岭石、蒙脱土等，一般吸收能力很强，大气强时粘土质岩石的吸收能力强、孔隙率增加、体积膨胀，导致阳光暴晒时水分损失、孔隙率和体积收缩速度很快。这样反复的话，岩石的表面就会出现裂缝，逐渐向内部延伸，岩石破碎崩塌

3、。(b)化学风化作用是指岩石在原地以化学变化(反应)方式“腐烂”岩石的过程。(1)溶解作用是水溶液溶解岩石的一些可溶性成分，指溶解、破碎和崩塌的过程。最可溶：卤化物、硫酸盐矿物-更可溶：碳酸盐矿物-不可溶：硅酸盐矿物(2)氧化作用是指在矿物、岩石、大气或水中与游离氧发生化学反应，从而粉碎岩石的过程。氧化作用-氧化带：铁锈、绿脓杆菌等Fe2 Fe3，Mn2 Mn4，CuCu2 4f es2 14h 2o 132 o 22(Fe 2 o 33 H2O)8 H2 so 4(黄铁矿)碳酸化是指CO3溶于水时形成的CO32-和HCO31-离子，与矿物的阳离子(k，Na，Ca2)结合，形成溶于水的碳酸盐或

4、碳酸氢盐的过程。4K(AlSi3O8)(钾长石)2co 32-4h2o2k2co 3 Al4(si4o 10)(OH)8(高岭石)8SiO2(蛋白石)4K(alsii常见的例子是通过水合作用将无水石膏变成石膏。caso 4 2 caso 42 H2O(无水石) (石膏)从无水石膏转变为石膏，体积膨胀约59%，在周围施加压力粉碎。而且石膏的硬度比石膏低，溶解度高，加速了其他方法的风化作用。(c)生物风化作用生物的生命活动破坏岩石的过程。生物物理风化作用导致生物活动引起的岩石的机械破碎。一般形式，例如根分割效果。分根，还发掘一些塞动物，使机械破坏如田鼠、蚂蚁、蚯蚓等在岩石上。箴言：“千里大堤，蚁穴

5、倒塌”就是这样的作用。由于人类的活动，如采石或钻孔，岩石被机械破坏，也是生物风化的作用。生物化学风化作用是由于生物活动引起的岩石化学成分变化而破坏岩石的过程。这种作用通常是通过生物新陈代谢过程中分泌的物质和死后腐烂分解的物质对岩石产生化学反应而形成的。物理风化作用产品-倒置的石堆(锥)，第二，风化作用产品，(a)物理风化作用产品，物理风化纯机械破坏，使各种厚度，边角清晰的碎片崩塌。如果没有其他地质作用(如侵蚀作用)，碎片将复盖原岩石的表面，其成分与原岩石一致。如果地形更陡，岩石屑在重力作用下滚下斜坡，或堆积在坡脚上，称为倒石锥(或倒石堆)。由于惯性力的作用，厚厚的碎片堆积在下面，滚远了；小块则

6、滚得更靠近顶部。(2)化学风化作用的产物有两部分：溶于水的可移动物质第二部分难以移动，堆积在原地的残留物与其他矿物抵抗化学风化的能力有差异。氧化物，氢氧化物硅酸盐硫化物卤化物卤化物，硫酸盐一般矿物的化学风化防护能力顺序：石英白云母长石黑云母角闪石辉石橄榄石，表5-1元素的迁移系列，(3)风化壳覆盖陆地表面，表面和下部岩石承受的风化强度不同，表面风化程度深，下部风化程度浅，剖面自上而下风化产物在成分和结构方面有显着差异，可以分为几层。花岗岩的风化壳一般可以由上而下分为四层。风化壳剖面分层：I .土壤层为深褐色灰色，薄而松散，腐殖质丰富的植物根。烃源岩的矿物成分、结构基本消失了。一般厚度20-50

7、厘米。.残积层呈黄褐色、褐色、微柔滑，烃源岩的结构、结构消失。主要由粘土矿物组成，一般不含腐殖质。以化学风化作用为主。半丰层是浅棕色的，原岩的结构、结构部分被保存下来，但岩石已经疏松了。岩石中的一些矿物成分发生变化。.基岩未风化的烃源岩。(4)土壤是指可以在地球表面的陆地上种植植物的松散表面。(。土壤能种植植物是因为一定的肥力。所谓土壤肥力是指土壤具有长期持续供给和调节植物生长过程所需的养分、水分、空气和热量的能力。土壤一般是以风化壳(如山地土壤)和松散的沉积层(如平原、盆地区土壤)为基础，综合变形生物和其他风化作用而形成的。余度，图5-5土壤剖面图a-表土b-沉积层c-母体层，土壤的主要成分

8、为腐殖质、矿物、水分和空气。腐殖质是否存在是土壤和其他松散堆的主要区别。土壤的厚度通常在50 60厘米到1 2米之间，最大厚度可能在10米以上。根据成熟土壤剖面的开发，其组成、颜色和结构特征，可分为自上而下三层。沉积层、变质层、a-表土：腐蚀层淋溶层、3，影响风化作用的因素主要是气候、植物、地形和岩石特性。气候因素包括温度、降雨量和湿度，这是控制风化作用的重要因素，植被的发展特性也受到控制，植被对风化作用的影响更大。温度：一方面控制化学反应速度，控制化学风化作用，另一方面直接影响温差风化、冰分割等物理风化作用。降雨量和湿度：介质的温度变化，水溶液组成的变化，通过植被的生长影响物理、化学和生物风

9、化作用。，不同气候带和风化作用的强度和深度，北戴河实习：学生们在沙佩甸村东部岩壁和花岗岩斑岩，以及差异风化特性(透镜北，2004年夏天)，地形影响：地形高度(区域气候)，陡峭，坡向影响。岩石特征的影响：岩石成分(差异风化)、结构和结构、裂缝。由于岩石的裂纹发生，岩石、水溶液、空气的接触面积增加，增加了水的流通量，促进了风化作用。砂岩和花岗岩等矿物均匀分布，形成互成直角的三组裂缝，将岩石切割成各种大小的立方岩块，在岩石边缘，自由表面积大，易受风化破坏，在一段时间内，岩棉消失，形成大大小小的球体或椭球体。这种现象称为球形风化作用。图5-6球形风化的发育过程(a)岩石被裂缝切割；(b)球形风化初期；

10、球形风化后期，岩石特征的影响：岩石成分(差异风化)、结构和结构、裂缝。风化作用的研究意义：矿物形成：铁矿、铝土矿和其他古代风化壳：山西、华北的铁矿、铝土矿和其他古代风化壳：勘探标记、地壳运动标记古代风化壳：寻找石油土壤：土地利用、农业地质、林业地质、水土保持等古代土壤这是陆地上常见的重要地质作用，在形成地球千姿百态的同时，也是表面物质迁移的重要动力。侵蚀作用有机械、化学和生物侵蚀作用。侵蚀作用可以根据阵营的特性进一步细分为地表水、地下水、海洋、湖泊、冰川、风等侵蚀作用。水的活力：a=(1/2)mv2 M流、v流、v流、第一，流动水的侵蚀作用包括沿着狭长山谷(称为河谷)流动的泥土、急流、河流等。

11、河谷在平面上呈直线分布，横截面通常呈“v”形，主要由山谷斜坡、山谷底部和河床组成。山谷两边的斜坡称为谷坡，谷坡限于较平的下侧，河床指全年被水占据的水槽，这三种东西通常称为谷三要素。(a)河流的侵蚀作用，河流的侵蚀作用，是流水的作用力(活力)和搬运的碎片破坏河谷(以及河床)，使其变深、变宽、变长的过程。河流的侵蚀可以分为机械和化学两种方法。河流的机械侵蚀是通过附着在动能或皮带上的沙石施加在河床上的机械破坏过程。化学侵蚀作用是通过河水对河床岩石的溶解和化学反应实现的。这两种方法通常一起破坏河床，很难区分。一般来说，机器的侵蚀更重要。河流侵蚀可以根据侵蚀方向分为底部侵蚀和侧面侵蚀。图5-8河下面的侵

12、蚀形成了v形山谷，河的下部植被是指河流和河流携带的碎片破坏河床底部，使山谷变深和变长的过程。在河流上游和山区河流中，河床比垂直的更强，流速更快，活力垂直，重量也更大，侵蚀更强，山谷的深化速度更快，结果在横断面上形成了v形山谷。岩性差异，抗侵蚀能力不同。坚硬岩石构成的河床抗侵蚀能力强，下蚀作用速度慢，河床比较突出。软岩石构成的河床耐蚀性弱，下蚀力快，河床相对凹。因此，河床的末端形成了平缓、陡峭的斜坡交替出现的楼梯，较陡的河床上水流湍急，形成了浪花，形成了急流。急流陡坡下的松软岩石可以长期侵蚀，形成直立的斜坡，从陡峭的峡谷俯冲下来，形成瀑布。贵州黄果树瀑布(后退5厘米/年)、北美尼亚加纳瀑布(后退

13、1.3米/年)、瀑布直泻而下，侵蚀地基岩石，陡峭山脊下的岩石可以形成山谷。由于骨间不断扩大，骨间上部的岩石失去了支撑力，倒塌了，形成了新的陡坎，瀑布继续向上游移动。下食使山谷变深，同时瀑布和急流向上游后退，使河流向源头延伸。河流向源头发展的侵蚀作用称为源头的侵蚀作用。河流攻击现象，河流侵蚀作用并不是终点，不断加深山谷。河流下面切到一定的深度，如果河水的水面与注入河流的水(如海洋、湖泊等)的高度一致，河水就不再有势能，活力为零，底部侵蚀停止。因此，注入水的水面是控制河流侵蚀的限制面，经常被称为河流侵蚀标准。可以分为最终侵蚀标准和部分侵蚀标准。大部分河流最终注入大海，海平面是河流的最终侵蚀标准。河

14、的侧蚀作用是河的动力和河中挟带的砾石对河床的两侧或山谷的破坏作用。结果河床弯曲，山谷坡度后退，山谷加宽。弯曲的河流曲线，主流线在凹岸，形成单向循环，在单向循环作用下，凹岸的下部岩石在持续破碎和清空的过程中，上部岩石一起崩塌。单向循环的下游在将被破坏的岩石碎片运送到凸起的海岸时沉积下来。结果河床的凹陷继续向山谷后退，凸起的海岸继续向前延伸，河床的弯曲程度逐渐增加，原来的弯曲度较小或更直的河床进一步弯曲，成为河谷。由于侧面侵蚀作用，急流谷延伸和形成河流、蛇形、蛇形曲线的过程，主要线指向海湾顶部以下，而不是凹陷海岸的最大弯曲点，因此随着侧面侵蚀的进行，海湾(曲线)的最大弯曲点的位置也继续向下游移动。

15、河谷继续向下游移动，山谷的突出地形不断凿削，结果河谷变得更宽更直。最后，河床只在宽阔的山谷下移动摆动(不到山谷的斜坡)，形状极度弯曲，这种河流称为蛇歌或自由河曲。(。蛇宋河河床附近只有两条河的距离，由于洪水期的增加，冲击增加，河水冲刷了两条河之间的河岸，河水直接从以前的河流入河湾，这种现象被称为河对岸的直线。废弃的弯曲水道变成了牛津湖。雕塑对山丘松散层的流动所造成的破坏称为薄板流的侵蚀作用。偏转流是斜面中的一面流，流速缓慢，含水层薄，因此侵蚀作用微弱，以面型发展为特征的清洗作用也称为。今天许多地区发生的大量土壤侵蚀与薄片流的侵蚀作用有关。(b)板材流冲洗作用，水流和搬运沙石引起的急流，对沟渠壁

16、和沟渠底部的破坏作用称为土流的侵蚀作用。由于急流大，流速快，有更多的沙石，机器的冲击很强，侵蚀能力强，也称为侵蚀作用。(3)急流的侵蚀作用，由暂时性流水形成的侵蚀和沉积地形(四川花湖)，八达岭长城内部和外部景观，张家界，黄山，第二，地下水，冰川和风的侵蚀作用，(a)地下水的蚕食作用地下水在运动中对周围岩石的破坏作用，据说是地下水的蚕食作用地下水主要从小岩石缝中泄漏，流速缓慢，数量分散，冲击小，因此机械蚕食作用微弱。但是地下水的化学成分比较复杂，经常含有大量的CO2和各种溶剂，化学蚕食作用比较明显。特别是可溶性岩石分布区(如石灰岩地区)。一般来说，岩石发生在可溶性岩石区，以地下水为主(兼部分地表水作用)，以化学溶解为主，辅助机械精炼的