风化作用与残积物

科普中国·科学百科 风化作用

风化作用的产物:包括岩石、矿物的碎屑和易于淋出元素形成的真溶液或胶体溶液以及残留的物质。

物理风化作用的产物主要特征:粗细不等、棱角明显、没有层次的岩、矿碎屑，其成分与未风化的基岩一致.
化学风化作用的产物主要特征:残留在原地的残积物，其化学成分与原岩有显著差别。易于淋出的元素则形成真溶液及胶体溶液随水流失。
生物风化作用的产物是土壤。土壤为富含腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质。实质上，土壤是物理风化、化学风化和生物风化综合作用的结果，尤其是生物的化学风化起主要作用。

（一）风化作用及其类型

出露地表的岩石和矿物受温度变化、大气、水溶液和生物的影响所发生的一切物理状态和化学成分变化的过程，称为风化作用。

按风化作用的影响因素的不同，风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化作用三种，生物风化又可分为生物的物理风化与生物的化学风化两种。

1.物理风化作用

以温度变化为主要影响因素，使岩石或矿物发生机械破坏作用称物理风化作用。因温差反复变化而引起的岩石剥离和崩解，岩石空隙和裂隙中水的冻融所引起的冰劈破碎，以及由盐类结晶引起的岩石崩裂，都是物理风化作用，它使整体的岩石逐步崩解成碎块以至碎屑，而岩石的化学成分却很少发生变化。

2.化学风化作用

位于地表或近地表的岩石或矿物在水、各种溶液以及空气中的氧和二氧化碳等的化学作用下使岩石发生破坏的作用，这种作用改变了岩石的矿物成分和化学成分。化学风化作用是通过溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸盐化作用和氧化作用等一系列化学变化来进行的。

（1）溶解作用 溶解作用是指水对矿物的直接溶解。有些矿物可溶解于水，由于它们化学性质不同，各种不同的可溶解矿物的溶解速度也不一样。一般情况下，溶解的速度很慢，但经过长期的溶解作用之后，易溶矿物被水溶解，不易溶解矿物在原地残留形成残积层。常见的造岩矿物，按其溶解度的大小排列顺序如下：食盐＞石膏＞方解石＞橄榄石＞辉石＞角闪石＞滑石＞蛇纹石＞绿帘石＞长石＞黑云母＞白云母＞石英。因此，溶解作用对于由方解石、石膏、岩盐等易溶解矿物组成的岩石破坏性很大。

（2）水化作用 水化作用是指水分子与一些不含水的矿物相化合，水参与到矿物的晶格中去，改变原来矿物的分子结构，形成新的矿物。如硬石膏经水化作用形成石膏。

地貌学及第四纪地质学基础

（3）水解作用 水解作用是指矿物与水发生反应而分解的作用，由于水中有一部分水分子离解成H⁺和OH^-离子，从而使水具有酸性反应或碱性反应，其离子能和水中H⁺或OH^-离子结合而形成新的矿物。如正长石水解成为高岭土。

上述过程如发生在热带、亚热带气候条件下，二氧化硅常呈胶体状态，它和KOH一起随水逐渐流失，而次生矿物高岭土则在原地残留。

（4）碳酸盐化作用 碳酸盐化作用在石灰岩发育地区最为明显。详细内容请参见本书第六章第一节。

（5）氧化作用 氧是强烈的氧化剂，而在空气和水中以及地下一定深度都会有大量的游离氧存在，岩石经过氧化后，其中低价元素转变为高价元素，低价化合物转变为高价化合物，如黄铁矿经氧化后成为褐铁矿。

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3.生物风化作用

生物风化作用是指生存在地表及岩石中的生物，在其生命和分解过程中，由于新陈代谢所产生的有机质，以及在生长和活动过程中，使岩石和矿物所遭受的物理的和化学的风化作用。

（1）生物的物理风化作用 在生物生长过程中，随着根系的发达，根系所起的楔子作用对根系四周的岩石挤胀从而使岩石崩解破碎的过程，以及动物在其生命过程中的挖掘和穿凿从而使岩石破碎的过程统称为生物的物理风化作用。

（2）生物的化学风化作用 生物在新陈代谢过程中分泌出的各种化学物质，对岩石所起的强烈的腐蚀作用。这种腐蚀作用称为生物的化学风化作用。微生物在生物化学风化作用过程中所起的作用尤为重要，它们中有的吸收空气中的氮制造硝酸，有的吸收空气中的二氧化碳制造碳酸，有的吸收硫化物制造硫酸，这些物质对岩石有着极强的腐蚀作用。另外，矿物的氧化作用和还原作用也都是在微生物的参与下所进行的。

上述三种风化作用（实质上只有两大类：物理的和化学的），在自然界中往往是同时进行的，或是交替进行的，相互影响、相互依存、相互促进。某一地区在一定时期内可以以一种或是两种风化作用为主其余为辅，这与该地区的区域气候有着密切的关系，不同的气候特点决定着该区域的风化类型。

（二）残积物与风化壳

地表及近地表的岩石在遭受风化作用后，残留在原地形成的松散堆积物称为残积物。在地壳表层的不同深度，由于影响风化作用的因素（气候、地形、岩性等）、方式（物理的、化学的）及强度的不同，导致风化物在垂直方向上形成了具有不同成分和结构的残积物，由这类残积物所构成的复杂剖面称为风化壳。

风化壳可由单层残积物组成，也可由多层残积物构成，其顶部往往因植物及有机酸对残积物进行的改造，形成具有一定肥力的而使植物能够生长的富含腐殖质的松散层，这种改造称为成土作用，这种松散层称为土壤。