风化作用

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2020-01-16 · 技术研发知识服务融合发展。

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地表和接近地表的岩石，在温度变化，水、空气及生物的作用和影响下，所发生的破坏作用，称为风化作用。风化作用可分成两种主要类型：物理风化作用和化学风化作用。

1.物理风化作用

物理风化作用（physical weathering）是指岩石只发生机械破碎而化学成分未改变的风化作用。引起物理风化作用的因素主要有温度变化、水、冰、风、晶体生长的应力及生物的作用等，物理风化的结果是形成各种碎屑物质。

2.化学风化作用

化学风化作用（chemical weathering）系指岩石在氧、水和溶于水中的各种酸，以及生物的作用下，发生化学分解的风化作用。

化学风化作用包括多种类型的化学反应，其中主要有氧化作用、水解作用、水合作用、酸的作用、阳离子交换作用、化学溶解作用、去硅作用，以及SiO₂、A1₂O₃、Fe₂O₃的化合作用等。这些化学反应往往以复合交替的复杂形式进行，同时有相应的新矿物生成。

氧化作用主要是使母岩中的变价元素由低价态变为高价态。随着元素价态的转变，原矿物随之破坏，生成新的矿物。如铁橄榄石（Fe₂SiO₄）经氧化作用后，Fe²^＋就被氧化为Fe³^＋，从而变成了褐铁矿或赤铁矿（Fe₂O₃）。其反应式为：

岩石学（第二版）

其他含低价铁的矿物，氧化后也可以生成不溶的氧化铁。

在化学风化中，水是最活泼的作用剂。由于水的作用，使矿物发生分解，称为水解作用（hydrolysis）。如镁橄榄石（Mg₂SiO₄）的水解反应为：

岩石学（第二版）

钾长石（KAl Si₃0₈）在水解过程中，由于碳酸和有机酸的参与可生成高岭石（Al₄Si₄O₁₀（OH）₈）：

岩石学（第二版）

水解会引起矿物的分解，矿物中易溶的金属阳离子（如Li^＋、K^＋、Na^＋、Ca²^＋、Mg²^＋）溶于水中而被带走，部分金属阳离子可被胶体吸附，水中的H＋与铝硅酸络阴离子结合成难溶解的粘土矿物（如水云母、伊利石、蒙脱石、高岭石）而残存在风化地带。硅酸盐在水解的过程中，还产生复杂的硅酸胶体、铝硅酸胶体。虽然矿物的水解反应可以在纯水中发生，但自然酸类（最通常的是碳酸和有机酸）的存在，又进一步加强了这种反应。

化学风化作用不仅使矿物和岩石发生破坏，而且常形成新矿物，其中主要是粘土矿物、氧化硅矿物、氧化铁矿物和氧化铝矿物，它们常残留在风化壳（weathering crust）中，构成了风化产物中的残余物质。易溶的各种离子进入水中，随水流搬运，构成风化产物中的溶解物质。

有学者在风化作用的类型中，划分出了生物风化作用。事实上，生物对岩石的破坏方式，既有机械的，又有化学的，尤以后者更为重要。几乎所有的化学风化作用都与生物作用有关，生物分泌出的有机酸，促进和加速了岩石的化学分解，而且生物还可以从中吸取某些元素并将其转变成有机化合物。生物产生的大量的O₂、CO₂等，同样影响着风化作用的进程。

风化作用的方式和强烈程度与气候及地形有着密切的关系。在高温潮湿的热带地区，水量充沛，植被发育，一般以化学风化为主；温带地区则化学风化和物理风化大致相等；寒冷的极地或干燥的沙漠地区，以物理风化占优势。地形高低控制了侵蚀作用的速度，因而会影响物理风化和化学风化的强度。在高山地区，地势高差大，侵蚀速度快，风化产物来不及进行化学分解就迅速转入搬运过程，因而，这种地区物理风化显著。而地势低的平原等地区，侵蚀速度慢，化学风化进行得较彻底。