风化作用

铝土矿的形成是与地表岩石彻底的物理、化学风化作用密切相关。铝土矿的主要成分(水铝石、赤铁矿、二氧化硅、二氧化钛等)是地表风化作用条件下最为稳定的物质,是化学风化作用进行到最后阶段的产物。“当风化作用进行到最后阶段——铝铁土阶段—红土型风化作用阶段,铝硅酸盐矿物被彻底分解,全部可移动元素都被带走,主要剩下铁和铝的氧化物及一部分二氧化硅”(刘宝珺,1980),而形成铝土矿。
现代红土型铝土矿主要分布在南、北纬30°范围内的南美、西非、东南亚、印度、澳大利亚等地的热带雨林地区。炎热潮湿的气候条件使得化学风化作用极为强烈,有利于铝土矿成矿。
本区缺失晚奥陶统-早石炭统,说明中奥陶世以后直到早石炭世长达140Ma的时间内,华北地区处于隆起状态,经历了风化、剥蚀作用,地表堆积了大量的风化物质,铝得到了初步的富集。
石炭纪,随生物进化,植物登陆并在陆地广泛分布,地球岩石圈运动使得豫西地区恰好位于赤道附近的热带多雨气候环境中。植物登陆及热带雨林环境,使得豫西地区发育强烈的化学风化作用,如我国贵州、广西现代碳酸盐岩地区一样(朱立军,2004),地表的碳酸盐岩发生红土型风化作用,形成富含硅质、铁质、铝质的红土型风化壳,铝质得到了富集,为铝土矿的形成提供了物质来源。

你知道什么是风化作用吗

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，Fe^2＋就被氧化为Fe^3＋，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^＋、Ca^2＋、Mg^2＋）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。