地球科學(xué)課件：風(fēng)化作用

風(fēng)化作用

（weathering）Phototakeninanabove-groundcemeteryinNewOrleans

一、概述風(fēng)化作用：

地表或近地表巖石和礦物，受溫度變化、大氣、水和生物作用，發(fā)生機(jī)械破碎或化學(xué)分解、在原地產(chǎn)生碎屑、形成新礦物的作用，稱為風(fēng)化作用。被風(fēng)化的石碑：乾陵武則天的無字碑華山石刻物理風(fēng)化為主的風(fēng)成地貌新疆按風(fēng)化作用的性質(zhì)和類型分：1.

物理（機(jī)械）風(fēng)化作用

地表巖石發(fā)生機(jī)械破碎而不改變其化學(xué)作用，也不形成新礦物的作用。產(chǎn)物：巖石碎屑、礦物碎屑按方式（機(jī)理）分：二、風(fēng)化作用的類型（1）礦物巖石的熱脹冷縮溫差導(dǎo)致表層與內(nèi)部之間的引張力，產(chǎn)生裂縫；各種礦物的膨脹系數(shù)不同；反復(fù)增溫，質(zhì)點(diǎn)熱運(yùn)動(dòng)削弱質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系；結(jié)果:層層剝落。（2）冰劈作用

空隙中的水結(jié)冰膨脹撐裂巖石。條件:有水，有裂隙，反復(fù)凍融。冰劈作用冰劈作用（3）卸載作用上覆巖石剝?nèi)ィ路鼛r石膨脹產(chǎn)生層裂。Exercise1Thebreakdownorchemicalalterationofrocksandmineralsatornearthesurfaceisknownasa.weathering.b.erosion.c.transport.d.deposition.Exercise2Frostactionbreaksrocksapartbecausewhenwaterfreezesintoiceita.expands.b.contracts.c.staysthesamesize.d.becomesmoreslippery.Exercise3Examplesofmechanicalweatheringincludeallofthefollowingexcepta.frostaction.b.hydrolysis.c.exfoliationd.pressurerelease2.化學(xué)風(fēng)化作用

地表巖石在H2O、O2、CO2的作用下發(fā)生化學(xué)變化，并產(chǎn)生新礦物的作用。產(chǎn)物：

新礦物（黏土礦物、褐鐵礦等）礦物碎屑（殘留）離子膠體水氣體等（1）溶解作用

含有O2、CO2等物質(zhì)的水溶解礦物的作用。

礦物的溶解度從大到小:石鹽，石膏，方解石，橄欖石，輝石，角閃石、滑石，鉀長石，黑云母，白云母，石英。

產(chǎn)物：離子（帶走），膠體（異地沉積），難溶物質(zhì)。易溶于水的礦物：鹵化物和硫酸鹽礦物:NaCl（石鹽）碳酸鹽礦物：方解石（CaCO3）難溶于水的礦物：如石英、長石、云母等。鹽湖沉積，攝于青海（2）水化作用

礦物吸收水加入到礦物晶格中，形成含水的礦物。如:

CaSO4+2H2OCaSO4·2H2O (硬石膏)(石膏)（3）水解作用

礦物遇水離解成離子，形成含OH-的新礦物。例如:4K(AlSi3O8)+6H2OAl4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH

(鉀長石)(高嶺石)（三水鋁石）（4）碳酸化作用當(dāng)CO3溶解于水中時(shí)，形成CO32-和HCO31-離子，它們與礦物中的陽離子（K+、Na+、Ca2+）結(jié)合，形成易溶于水的碳酸鹽或碳酸氫鹽的過程。例如:

4K(AlSi3O8)+4H2O+2CO2

Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+2KCO3

鉀長石高嶺石三水鋁石碳酸鹽

CaCO3+H2O+CO2

Ca(HCO3)碳酸鈣重碳酸氫鈣（5）氧化作用

礦物中的元素與氧結(jié)合:

如:2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4 (黃鐵礦)(硫酸亞鐵)

Fe(SO4)3(硫酸鐵)+4Fe(OH)3(褐鐵礦)

礦物中的變價(jià)元素從低價(jià)變成高價(jià):

如:4Fe3O4+O2+18H2O12Fe(OH)3

(磁鐵礦)

(褐鐵礦)

褐鐵礦磁鐵礦Fe3O4

FeO(OH)nFe2O3.nH2O氧化Exercise4Chemicalweatheringisthea.destructiveprocessesthatchangethephysicalcharacterofrockatorneartheEarth'ssurfaceb.processthatbreaksrockintosmallerpieceswithlittleornochemicalchangec.pickinguporphysicalremovalofrockparticles.d.decompositionofrockfromexposuretowater,lifeformsandatmosphericgases,formingnewchemicalcompoundsandnewminerals.Exercise5Weatheringthatinvolvesareactionofanelementorcompoundwithoxygenistermeda.hydrolysis.b.solutionc.clayformation.d.oxidationExercise6Water+carbondioxidebecomes______,whichbecomes______+bicarbonateion.a.calcite;calciumionb.carbonicacid;hydrogenionc.hydrochloricacid;hydrogeniond.carbonate;carbonionExercise7Feldsparisthemostabundantmineralinigneousrocks.Whenhydrogenfromwaterentersitsstructureitaltersto______,whichisphysically______.a.quartz,strongerthanfeldsparb.clay,strongerthanfeldsparc.quartz,weakerthanfeldspard.clay,weakerthanfeldsparExercise8Whatrockismostlikelytoexperiencesolutionweatheringa.limestoneandotherrocksmadeofcalciteb.shaleandotherrocksmadeofclaysc.quartziteandotherrocksmadeofquartzd.equallylikelytobeanyoftheabove3.生物風(fēng)化作用

生物活動(dòng)及產(chǎn)物對巖石所起的機(jī)械的、化學(xué)的破壞作用。（1）根劈作用（2）新陳代謝作用產(chǎn)物的破壞（3）腐爛分解產(chǎn)物的破壞根劈作用三種風(fēng)化作用的關(guān)系:在方式上相互獨(dú)立，

在效果上互相促進(jìn)。三、控制巖石風(fēng)化特征與速度的因素1.氣候氣候通過氣溫、降雨量、生物繁殖狀況而表現(xiàn)。氣候的分帶性：由緯度、地勢、距離海洋遠(yuǎn)近等控制。2.地形條件包括地形的高度、起伏程度及坡向，具體影響到氣候、風(fēng)化產(chǎn)物的保存、日照、植被等條件。3.巖石的特征

（1）巖石成分 巖石的抗風(fēng)化能力的強(qiáng)弱與所含的礦物成分和數(shù)量有密切關(guān)系： －火成巖中結(jié)晶越早的礦物越不穩(wěn)定； －沉積巖則與巖石強(qiáng)度有關(guān)系； －變質(zhì)巖與礦物成分變化有關(guān)。 礦物的抗風(fēng)化能力氧化物和氫氧化物強(qiáng)硅酸鹽碳酸鹽硫化物鹵化物和硫酸鹽弱常見礦物的抗風(fēng)化能力石英強(qiáng)白云母長石黑云母角閃石輝石橄欖石弱（2）巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

礦物或顆粒的粗細(xì)、分選程度、膠結(jié)、成層性等。（3）節(jié)理的發(fā)育狀況

各種風(fēng)化因素的關(guān)系：巖石特征是內(nèi)因，環(huán)境是風(fēng)化的外因。四、特殊的風(fēng)化球狀風(fēng)化（spheroidalweathering）差異風(fēng)化（differentialweathering）1.球狀風(fēng)化（spheroidalweathering）球狀風(fēng)化2.差異性風(fēng)化(Differentialweathering)Exercise11Astatuemadeofrockwillundergothemostextremechemicalweatheringina.aregionwithacold,dryclimatesuchasAntarticab.aregionwithahot,dryclimatesuchastheArizonadesert.c.aregionwithacold,wetclimatesuchassouthernAlaska.d.aregionwithahot,wetclimatesuchasthetropics.Exercise12Processesthatcontributetomakingrainwateracidicincludeallofthefollowingexcepta.volcanism.b.burningfossilfuels.c.burningcoal.d.batteryaciddumpingExercise13Chemicalweatheringshouldbemostintenseon:Venus.Mars.Phobos,atinymoonofMars.Moon.五、風(fēng)化作用的產(chǎn)物1.風(fēng)化產(chǎn)物的類型（1）碎屑物質(zhì)：巖屑，礦物碎屑等殘留原地；（2）溶解物質(zhì)：離子、膠體，大部分隨水搬運(yùn)走；（3）難溶物質(zhì)：Fe，Al等形成黏土、褐鐵礦、鋁土礦等新生礦物殘留原地。2.殘積物

巖石風(fēng)化后在原地殘留的物質(zhì)。 特征：結(jié)構(gòu)松散，巖屑大小不均，棱角分明，無層理，與基巖呈過渡狀態(tài)。其中的有用重礦物富集時(shí)成殘積砂礦。殘積物與殘積地貌風(fēng)化礦產(chǎn)資源

風(fēng)化作用能產(chǎn)生具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床，例如，高嶺土礦、鋁土礦、山西式鐵礦等等。澳寶（opal）就是一種產(chǎn)于澳大利亞的名貴寶石，其礦物成分為蛋白石，經(jīng)長期風(fēng)化作用而形成。有些原生礦產(chǎn)，經(jīng)過風(fēng)化作用之后，可以得到進(jìn)一步富集，而且易于開采和提煉，經(jīng)濟(jì)價(jià)值提高，成本降低，金礦就有這種情況。廣西北海的高嶺土礦蛋白石（澳寶）Opal3.風(fēng)化殼

覆蓋在基巖之上的風(fēng)化產(chǎn)物的不連續(xù)的薄殼。包括殘積物及其上覆的土壤。

風(fēng)化殼的分層：

1.土壤

2.殘積層

3.半風(fēng)化巖石

4.基巖風(fēng)化速度風(fēng)化殼厚度化學(xué)風(fēng)化物理風(fēng)化物理風(fēng)化為主化學(xué)風(fēng)化為主物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化作用與風(fēng)化殼厚度的關(guān)系1.古氣候的研究2.年齡的確定3.風(fēng)化程度的劃分與工程建設(shè)4.風(fēng)化礦產(chǎn)資源例如，粘土礦、鐵礦、鋁土礦、砂金礦、金剛石礦，等等。六、風(fēng)化作用研究的意義第五節(jié)土壤（soil）一、土壤概述

通過生物風(fēng)化作用形成的含有腐殖質(zhì)、礦物質(zhì)、水、空氣的松散細(xì)粒物質(zhì)。二、土壤分層土壤的基本層次：表土層（腐殖質(zhì)層和淋溶層）A層O+A+E，淀積層（B層），母質(zhì)層（C層），基巖層（D層）。土壤分層

腐殖層（或有機(jī)質(zhì)層）（Ohorizon,orhumushorzon）（O代表有機(jī)質(zhì)，organic）。土壤頂部，顏色較深，富含有機(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)（humus），在有機(jī)酸作用下，礦物分解破壞。表土層（Ahorizon）（topsoil）。土壤上部，顏色較淺，生物活動(dòng)強(qiáng)烈，常是蚯蚓、蠕蟲、線蟲、節(jié)肢動(dòng)物、真菌類、細(xì)菌和厭氧菌生長的地方。淋溶層（Ehorizon）（eluviationhorizonorleachinghorizon）土壤層中上部，被分解的礦物、細(xì)小礦物和有機(jī)質(zhì)被淋溶而向下移動(dòng)，殘留石英砂等抗風(fēng)化最強(qiáng)的礦物。有機(jī)質(zhì)含量減少。淀積層（Bhorizon）(illuviationhorizon)。土壤中下部，上部淋濾下來的物質(zhì)在此沉淀（illuviation），富含黏土和CaCO3，F(xiàn)e2O3，Al2O3，SiO2等物質(zhì)，常有鈣結(jié)核。母質(zhì)層（Chorizon）（parentmaterialhorizon）。土壤層下部，受生物風(fēng)化改造較弱，可以是殘積物，也可以是其他成因的松散堆積?；鶐r層（Rhorizon）（R代表基巖，rock）。為未風(fēng)化的基巖。上述分層僅對發(fā)育成熟完整的土壤而言，如果發(fā)育程度低，B層通常不發(fā)育，而且土壤層厚度小。值得注意的是，不同學(xué)者對土壤的分層、命名有所不同，經(jīng)常把上述的O、E層歸入A層。表土層O+A+E淀積層B母質(zhì)層C基巖D表土層A腐殖層O淋溶層E表土層淀積層母質(zhì)層基巖層？表土層O+A+E淀積層B母質(zhì)層C土壤母質(zhì)為基巖土壤母質(zhì)為沉積物AB澳門黑沙灘土壤母質(zhì)為砂質(zhì)沉積物中國西北的黃土剖面Exercise15Thesoilhorizonthatischaracterizedbyintensebiologicalactivityofbothplantsandmicro-organismsisa.HorizonO:organicmatter.b.HorizonA:topsoil.c.HorizonB:thezoneofaccumulation.d.HorizonC:alayerrichinparentmaterial.第六節(jié)斜坡地貌第六節(jié)斜坡地貌一、斜坡地貌類型1.崩塌（fall）——斜坡上的巖屑或塊體在重力作用下，快速向坡下移動(dòng)。2.滑坡（slump）——斜坡上的大塊巖（土）體，由于地表水和地下水的影響，在重力作用下，沿著滑動(dòng)面整體下滑。3.土層蠕動(dòng)（creep）4.泥流（mudflow）崩塌形成的堆積物稱為崩積物倒石堆（或巖屑堆、倒石錐）（taluscone）崩積物多松散、雜亂、大小混雜、無層理，巖塊上有碰砸留下的刻痕，巖性和斜坡巖石基本一致。堆體坡度30°左右，與天然安息角（休止角）（angleofrepose）一致2008年攝于漩口鎮(zhèn)漩口電站攝于2008年崩塌映秀鎮(zhèn)2008地震引起的崩塌映秀鎮(zhèn)2008地震引起的崩塌映秀鎮(zhèn)2008地震引起的崩塌宜萬鐵路塌方（2007-11-20上午8:40）地震災(zāi)民的遷移震后的北川中學(xué)滑坡的構(gòu)成：滑體滑床滑動(dòng)面滑體滑床滑動(dòng)面滑坡1.滑坡壁，2.滑坡湖，3.第一滑坡臺(tái)階，4.第二滑坡臺(tái)階，5.醉漢林，6.滑坡舌，7.滑坡鼓丘和張裂隙，8.羽狀裂隙，9.滑動(dòng)面，10.滑坡體，11.滑坡泉（1）滑坡體（滑體）（2）滑動(dòng)面（滑面）（3）剪出口（4）滑坡床（滑床）（5）滑坡后壁（6）滑坡洼地（7）滑坡臺(tái)地（8）滑坡臺(tái)坎（9）滑坡前部（10）滑坡頂點(diǎn)（11）滑墊面（12）滑坡側(cè)壁滑坡頂點(diǎn)滑坡前部滑坡床滑體滑坡前部滑坡舌滑坡體滑坡體滑坡前部Inaddition,thehistoryofsubmarinelandslidegenerationrelatedtoearthquakegroundmotioniscriticaltodeterminethepotentialforthegenerationoftsunamisthatcoulddevastatethecoastalarea地震引起的海底滑坡SubmarineLandslideTheMarsGlobalSurveyor(MGS)MarsOrbiterCamera(MOC)continuesin2003toreturnexcellent,highresolutionimagesoftheredplanet'ssurface.Thisnearly1.5meters(5ft.)perpixelviewofalandslideona200meter-high(219yards-high)slopeinKaseiValleswasspecificallytargetedforscientificinvestigationbyrotatingtheMGSspacecraftabout7.8°off-nadirinJanuary2003.Thescarleftbythelandsliderevealslayersinthebedrockatthetoptheslopeandshowsaplethoraofdark-toned,house-sizedbouldersthatrolleddowntheslopeandcollectedatthebaseofthelandslidescar.Afewmeteorimpactcratershaveformedonthelandslidedepositandwithinthescar,indicatingthatthislandslideoccurredaverylongtimeago.Sunlightilluminatesthisscenefromtheleft/lowerleft;thelandslideislocatednear28.3°N,71.9°W.火星上的滑坡體典型的滑坡防治滑坡的監(jiān)測滑坡的發(fā)展階段滑坡要經(jīng)歷三個(gè)階段蠕動(dòng)變形劇烈滑動(dòng)穩(wěn)定壓實(shí)實(shí)例：長江三峽地區(qū)新灘滑坡1985年6月12日凌晨3:30；3000萬