Question

风化作用的产物

Answer 1

（一）物理风化作用的产物

物理风化作用是一种纯机械的破坏作用，其结果是使岩石崩解成粗细不等、棱角明显的碎块。如果没有其他的地质作用（如剥蚀作用），碎屑常覆盖在原岩的表面，其成分与原岩一致。如果地形较陡，岩石碎屑在重力的作用下，向坡下滚动或坠落，堆积在坡脚，由于惯性力的作用，粗大的碎块滚得较远，堆积在下部，而细小的碎块滚得较近堆积在上部，形成上部岩石碎屑小，下部岩石碎屑粗的堆积体，称倒石锥（或倒石堆）（图5-5）。

图5-5 倒石锥（或倒石堆）形态结构示意图

（引自田明中等，2009）

（二）化学风化作用的产物

化学风化作用的最终产物包括两部分：一是能溶于水中的可迁移物质；一是难以迁移，堆积在原地的残积物。

能溶于水的可迁移物质包括各种易溶盐类，K^＋，Na^＋的氢氧化物和少部分难溶物质（如Si^4＋，Al^3＋，Fe^3＋，Mn^4＋等氧化物或氢氧化物胶体），易溶物质在水中常以真溶液形式迁移，而部分难溶物质常以胶体的形式被迁移。残积物主要为难溶物质、岩石碎屑和风化形成的矿物，如石英碎屑、蒙脱石、高岭石、铝土矿、蛋白石、褐铁矿等。

矿物和岩石在化学风化过程中是逐步分解的，由于各种矿物的物理、化学性质不同，在分解过程中的难易程度也不一样。换句话说，就是矿物的抗风化能力有强弱之别。据研究，在自然界中各类矿物抗风化能力的顺序是：氧化物、氢氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐＞硫化物＞卤化物、硫酸盐。几种常见矿物抗风化能力的顺序是：石英＞白云母＞长石＞黑云母＞角闪石＞辉石＞橄榄石。

组成矿物的元素在矿物分解过程中也是逐步分离出来的。由于各种元素的化学性质不同，在析出的过程中就有难易之分。常见元素的迁移系列如表5-1所示。表中所列的1，2系列的元素在化学风化过程中总是最先被析出，组成易溶盐类被河水、地下水带走，这些元素是构成卤化物、硫酸盐的主要元素。表中3，4系列的元素只能作短距离迁移或残留原地，这两个系列的元素主要组成硅酸盐或氢氧化物矿物，所以残积物中多含SiO₂ 和Fe，Al的氢氧化物或含水氧化物。

表5-1 元素的迁移系列

（据А.И.彼列尔曼，1975，简化）

（三）生物风化作用的产物

生物风化作用的产物包括两部分：一部分是生物物理风化作用形成的矿物、岩石碎屑，在成分上与原岩相同；另一部分是生物化学风化作用的产物，其特征是在物质成分上与原岩不一样。生物风化作用的一种重要产物就是土壤，确切地说它是物理、化学和生物风化作用的综合产物，但尤以生物风化作用为主，使其富含腐殖质。土壤一般为灰黑色、结构松软、富含腐殖质的细粒土状物质，与一般残积物的主要区别在于含有大量腐殖质，具有一定的肥力。

（四）风化壳

地表岩石经物理、化学、生物风化的长期作用，形成由风化产物组成的、分布于大陆基岩面上的不连续薄壳，称为风化壳。风化壳覆盖在陆地表面，由于表层和下部的岩石所经受的风化强度不一样，表层的风化程度要深，而下部的风化程度要浅，因此，在剖面上自上而下的风化产物在成分和结构上都有明显的差异，所以风化壳在剖面上可以分为若干层。如以花岗岩的风化壳为例，一般自上而下可分为四层（图5-6）。

图5-6 风化壳剖面

Ⅰ—土壤层；Ⅱ—残积层；Ⅲ—半风化层；Ⅳ—基岩

（1）土壤层

呈深褐灰色，质细且疏松，富含腐殖质，植物根系较多。原岩的矿物成分、结构基本消失。厚薄不一，一般以20～50 cm较多。常是综合风化作用的结果。

（2）残积层

呈黄褐、褐红色，质细松软，原岩的结构、构造消失，主要由黏土矿物组成，一般不含腐殖质。原岩中的黑云母风化成蛭石，长石类矿物风化成高岭土等。以化学风化作用为主。

（3）半风化层

呈淡褐色，原岩的结构、构造部分保存，但岩石已松软。岩石的部分矿物成分发生变化。

（4）基岩

未风化的原岩。

实际上，不同种类岩石形成的风化壳的分层也不一样，有的分层很完整，如花岗岩、黏土岩等，而有的风化壳只有土壤层、残积层，如灰岩等。

在风化壳剖面上这四层的界面是不清晰的，呈渐变过渡，且凹凸不平，这主要受岩石的性质及引起风化作用因素的影响。风化壳的构成（分层）和特点不仅受岩石性质的影响，还受气候条件的影响。在不同气候条件下，由于影响风化作用因素的不同，从而产生具有不同特征的风化产物，也就构成具有不同特点的风化壳。如寒冷地区形成碎屑型风化壳、湿热地区形成砖红土型风化壳等。

地质历史时期形成的风化壳称古风化壳。古风化壳常保存在岩层或沉积物中，如华北地区下奥陶统与上石炭统之间保存有一古风化壳；黄土高原的黄土中也保存有多个古风化壳。由于古风化壳形成后受到其他地表营力的剥蚀作用，多数保存不完整，厚度也很小。

（五）土壤

土壤是指地球表面陆地上能够生长植物的疏松表层。土壤之所以能够生长植物，是因为它具有一定的肥力。所谓土壤肥力就是指土壤具有长期不断地供应和调节植物生长过程中所需要的养分、水分、空气和热量的能力。土壤一般是在风化壳（如山区土壤）和松散沉积层（如平原、盆地地区土壤）的基础上，经生物及其他风化作用的综合改造而形成的。

图5-7 土壤剖面示意图

A—表土层；B—淀积层；C—母质层

土壤的主要组成有腐殖质、矿物质、水分和空气。腐殖质是生物、微生物遗体在风化产物中不断聚集腐烂后变成的，它的存在与否是土壤与其他松散堆积物的主要区别。土壤中的矿物质由风化过程中形成的和残存的各种黏土矿物以及石英、长石、角闪石、云母等组成，这些矿物质与土壤中的腐殖质、水分和空气相互作用，使土壤性质多变，形成复杂的肥力性状。土壤的厚度一般50～60 cm到1～2 m，最厚可达10 m以上。发育成熟的土壤剖面，根据其成分、颜色和结构特点，自上而下可分为三层（图5-7）。

（1）表土层

有机质丰富，由于腐殖质的积聚常呈暗色，为黑、灰、浅灰色，是耕作的对象。在该层的上部，腐殖质相对富集，颜色也相对较暗，被称为腐殖质层；该层下部，由于风化和水的向下淋滤作用，造成物质的淋溶，颜色较上部要浅，被称为淋溶层或淋滤层。

（2）淀积层或心土层

有机质较表土层低，由于雨水不断渗入，从上层淋滤下来的部分物质在这里沉淀。淀积的物质主要有氧化铁、氧化铝、腐殖质、石膏和碳酸钙等。本层很少受到耕作的影响，但是其性质在很大程度上决定土壤肥力。

（3）母质层

受生物风化或改造作用较弱，在基岩风化壳剖面中相当于残积层和半风化层，在松散沉积物剖面中相当于未受生物改造或改造很弱的沉积层，该层与淀积层呈过渡关系。

在不同地区、不同气候条件下土壤的特征是不同的。主要的土壤类型有红壤、黄壤、棕壤、褐土、黑土、黑钙土、粟钙土、荒漠土、冰沼土、水稻土和盐碱土等。土壤的类型与分布主要与气候带有关。不同的土壤类型可反映其形成时的不同气候环境，如我国东北地区分布的黑土与黑钙土主要形成于温带—寒温带气候，我国南方地区分布的红壤与黄壤主要形成于热带—亚热带的湿热气候，我国西北地区分布的粟钙土和盐碱土主要形成于干旱或半干旱气候。土壤不仅现在可以形成，在地质历史时期也可形成，那称为古土壤，它们保存在沉积物或岩层中，是研究和恢复古气候、古环境的重要依据。

Answer 2

科普中国·科学百科 风化作用