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風化作用(weathering)是指地表或接近地表的堅硬岩石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產生物理、化學變化而在原地形成鬆散堆積物的全過程 。根據風化作用的因素和性質可將其分為三種類型:物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用。

1簡介

風化作用(又稱侵蝕,風化)(weathering)是指地表或接近地表的堅
風化作用

  風化作用

硬岩石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產生物理、化學變化而在原地形成鬆散堆積物的全過程。根據風化作用的因素和性質可將其分為三種類型:物理風化作用(mechenical weathering)、化學風化作用(chemical weathering)、生物風化作用(Animal actions)。
岩石是熱的不良導體,在溫度的變化下,表層與內部受熱不均,產生膨脹與收縮,長期作用結果使岩石發生崩解破碎。在氣溫的日變化和年變化都較突出的地區,岩石中的水分不斷凍融交替,冰凍時體積膨脹,好像一把把楔子插入岩石體內直到把岩石劈開、崩碎。以上兩種作用屬物理風化作用。
岩石中的礦物成分在氧、二氧化碳以及水的作用下,常常發生化學分解作用,產生新的物質。這些物質有的被水溶解,隨水流失,有的屬不溶解物質殘留在原地。這種改變原有化學成分的作用稱化學風化作用。
此外植物根系的生長,洞穴動物的活動、植物體死亡後分解
風化作用

  風化作用

形成的腐植酸對岩石的分解都可以改變岩石的狀態與成分。
岩石風化作用與水分和溫度密切相關,溫度越高,濕度越大,風化作用越強;但在乾燥的環境中,主要以物理風化為主,且隨著溫度的升高物理風化作用逐漸加強;但在濕潤的環境中,主要以化學風化作用為主,且隨著溫度的升高化學風化作用逐漸加強。物理風化主要受溫度變化影響,化學風化受溫度和水分變化影響都較大。從地表風化殼厚度來看,溫度高,水分多的地區風化殼厚度最大。土壤是在風化殼的基礎上演變而來的。

2兩種解釋

地殼表層的岩石在陽光、風、電、大氣降水、氣溫變化和空氣等外營力作用下及生物活動等因素的影響下,會引起岩石礦物成分和化學成分以及結構構造的變化,使岩石逐漸發生破壞的過程稱為風化作用。
一.風化作用(weathering)是指地表或接近地表的堅硬岩石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產生物理、化學變化而在原地形成鬆散堆積物的全過程。根據風化作用的因素和性質可將其分為三種類型:物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用。
風化作用

  風化作用

二。風化作用指岩石在地表或接近地表的地方由於溫度變化、水及水溶液的作用、大氣及生物等的作用下發生的機械崩解及化學變化過程。風化作用一般分三類:物理風化、化學風化和生物風化作用。
岩石是熱的不良導體,在溫度的變化下,表層與內部受熱不均,產生膨脹與收縮,長期作用結果使岩石發生崩解破碎。在氣溫的日變化和年變化都較突出的地區,岩石中的水分不斷凍融交替,冰凍時體積膨脹,好像一把把楔子插入岩石體內直到把岩石劈開、崩碎。以上兩種作用屬物理風化作用。
岩石中的礦物成分在氧、二氧化碳以及水的作用下,常常發生化學分解作用,產生新的物質。這些物質有的被水溶解,隨水流失,有的屬不溶解物質殘留在原地。這種改變原有化學成分的作用稱化學風化作用。
此外植物根素的生長,洞穴動物的活動、植物體死亡後分解形成的腐植酸對岩石的分解都可以改變岩石的狀態與成分。

3風化種類

凍融風化
凍融風化(Freezethaw weathering),又被稱為凍裂作用(frostshattering)。這種風化作用在溫度接近冰點的山區十分常見。霜會引起風化,雖然其原因常被指為水在裂縫中結冰后膨脹而成,其實大多數都和此現象沒有關係。很久之前人類已經知道濕潤的泥土在凍結時,在未凍結的地方的水會經由薄層在增長中的底冰(icelenses)中收集,因而引起膨脹或凍脹(frostheave)。同
風化作用

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樣的現象亦發生在岩石的細孔中。她們會因為吸收鄰近的液態水而不斷增大。冰晶的增長引致岩石弱化,最後分裂。在礦物表面、冰及水之間的分子間作用力(Intermolecularforces)維持一層不結冰的薄層,用作運送水份及在底冰累積時造成礦物表面間壓力。
否定結冰膨脹導致凍融風化
實驗顯示白堊、砂岩及石灰岩並不會在水的名義上的冰點,即約為0°C以下破裂。實驗又顯示即使是在被認為是水在裂縫中結冰后膨脹的風化環境,即把岩石保持在低溫或把其輪轉,並維持在一定的時間上,岩石亦不會破裂。而當在一些多孔的岩石進行實驗,因底冰而引致快速破裂的關鍵性溫度帶為-3°C至-6°C,比較冰點低很多。
發生地點因為凍結而引起的風化作用主要發生在有水氣及溫度在冰點上下波動的環境,如高山氣候(alpineclimate)地區及冰邊緣的(periglacial)地區。易受凍結影響的岩石的例子有白堊,因其多孔的特性令冰晶可以生長。此現象可以在達特穆(Dartmoor)以突岩(tor)的形式觀看到。
寒凍楔裂(Frostwedging)以前被認為是無孔岩石的風化作用的主要因素,但近年來的研究發現其重要性不及預期般高。凍裂作用,間中亦被稱為冰晶生長、寒凍楔裂、冰凍楔裂(icewedging)或凍融作用當在岩石裂縫及介面的水凍結及膨脹發生。水在?22°C可以施加高至二千一百萬帕斯卡(2100千克力(kilogram-force)每平方厘米)的壓力。此壓力通常可以比大部分的岩石的抵抗力為高,並令其破碎[1][2]。當水進入岩石裂縫凍結后,冰塊向裂縫兩邊的牆施力,令裂縫加深及加闊。這是因為水的容量在凍結後有9%的增長。當冰塊融化后,水會再流入裂縫加深的地方,當溫度降低至冰點以下時再凍結,便會令裂縫更為增大。不斷重複的凍融作用弱化岩石,在裂縫被破開,形成有角的石塊。角狀石塊在山坡下集合,形成岩屑坡(talusslope)或碎石斜坡(Screeslope)。岩石被沿著裂縫被破開成為石塊被稱為塊狀分裂(blockdisintegration)。分裂的石塊會因應岩石結構而出現不同的形狀。
壓力釋放原理:在壓力釋放(pressurerelease),或稱為風化卸荷(unloading),發生在物體以上的物質(不一定是岩石)被侵蝕作用或其它過程移走後,被移走的物質以下的岩石會以表面水平的方式膨脹及破裂。通常被移走的物質會較重,施加給其以下的岩石很大的壓力,例如移動中的冰川。壓力釋放可能亦會引致剝離作用(exfoliation)發生。
侵入火成岩的壓力釋放現象
侵入火成岩(Intrusiveigneousrocks)如花崗岩在地球表面深處形成。
風化作用

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她們因為其以上的物質承受極大的壓力。當侵蝕作用移走其以上的岩石物質后,此侵入火成岩便露出表面便令其壓力被釋放。外圍的岩石便有膨脹的趨勢。此膨脹引起應力令裂痕以岩石表面的水平方向發展。經過一定時間后岩石便以片狀的方式在露出表面的岩石破開分離。壓力釋放亦被稱為剝離作用或頁狀剝離(sheeting);以上作用引起岩基(batholiths)及花崗岩穹丘(granitedomes),其現象可以在達特穆(Dartmoor)找到。
水力作用水力作用(Hydraulicaction)發生在當水經由巨大的浪沖入岩石表面的裂痕時。這樣在裂痕深處的一層空氣便被困著,同時空氣亦受到壓迫而弱化岩石。當浪退後時,受到壓迫的空氣便會以爆發性的釋放。爆發性的釋放高壓空氣會破開在岩石表面的碎片並令岩石的裂痕加闊。
鹽結晶作用;原理:鹽結晶作用(Saltcrystallization),或稱為鹽風化(Haloclasty或Saltweathering)發生在含有鹽分的溶液滲入岩石裂縫及介面后蒸發,留下鹽晶體,令岩石瓦解。此鹽晶在受熱后膨脹,向狹窄的岩石施加壓力。
因為岩石而造成的鹽
鹽結晶作用亦可以發生在溶液分解如白堊及石灰岩的岩石后形成硫酸鈉或碳酸鈉的鹽溶液,並在水份蒸發后形成其相對的鹽晶。
特彆強力的鹽種類
最有效的鹽去分解岩石被證明為硫酸鈉、硫酸鎂及氯化鈣。部分鹽晶可以膨脹至三倍或更多。
發生地區
鹽結晶作用通常和乾旱(arid)氣候有關,因為強烈的加熱引起強烈蒸發,從而產生鹽結晶作用。鹽結晶作用亦在岸邊活躍。鹽風化的例子亦可以在海堤上的蜂窩石(honeycombedstones)找到。
生物的化學風化作用
生物死亡后,腐爛分解形成一種腐植質(膠狀的物質),是一種有機酸,對岩石起腐蝕作用。
地殼表層岩石經機械破碎,化學風化后形成的鬆散物,再經過生物的化學風化作用,增加了有機物質---腐殖質,這種具有腐殖質、礦物質、水和空氣的鬆散物質叫做土壤。
建築物的風化
由任何石頭、磚塊或混凝土製造的建築物會受到和其它露出表面的岩石相同的風化媒介影響。而雕像、遺迹及裝飾的石製品能夠因為自然風化而受到嚴重破壞。以上過程在酸雨影響的地區上會加強。

4常見

球狀風化
最常見的風化現象是岩石的球狀分化,這是因為岩石的外層易發生成層裂開和鱗片狀剝落的緣故,兼之岩石內常有相互交錯的裂縫,沿裂縫風化最深,稜角磨得最圓。在懸崖陡坡上的岩石,因風化而發生崩落,裂解下來的石塊沿山坡流動,最後在山坡腳下穩定的地方堆積下來,形成上尖下圓的錐形體,稱倒石錐。如果是一個平緩的山坡,崩落下來的岩塊雜亂地堆積在那裡,形成石灘或石海。
結果
風化作用無處不在,無孔不入,它對人們帶來的困擾,幾乎可與生鏽、蟲蛀並列。修公路修鐵路時,常可開挖出非常好的地質露頭,有些現象的意義足以與「名勝古迹」媲美,吸引了中外地質學家前去研究。但幾年過後,研究成果發表了,紀念碑樹起來了,露頭也風化了。在中國南方氣候炎熱而潮濕的地區,化學風化作用的速度最快,裸露的岩石只需幾年便因風化而變得疏鬆,風化層可厚達幾十米。位於洞穴或石窟(著名的如雲崗石窟、敦煌石窟等)的浮雕或石雕雖免於風吹雨淋之苦,仍因風化而變得斑駁陸離。埃及的獅身人面像屹立在大自然已有4000多年了,相對來說風化進行得較慢,原因之一是氣候乾燥,只有物理風化在起作用。而獅身人面像是從一整塊灰岩上雕鑿出來的,抗物理風化能力較強;第三個原因是那裡風沙大,飛沙經常把它掩埋起來,保護了它免受日晒夜凍。遊客們在欣賞她勃發的英姿時,哪裡會想到可能昨天她還埋在飛沙中呢?

5影響因素

氣候條件
氣候寒冷或乾燥地區,生物稀少,寒冷地區降水以固態形式為主,乾旱區降水很少。以物理風化作用為主,化學和生物風化為次。岩石破碎,但很少有化學風化形成的粘土礦物,以生物風化為主形成的土壤也很薄。
氣候潮濕炎熱地區,降水量大,生物繁茂,生物的新陳代謝和屍體分解過程產生的大量有機酸,具有較強的腐蝕能力,故化學風化和生物風化都十分強烈,形成大量粘土,在有利的條件下可形成殘積礦床。可形成較厚的土壤層。
岩石性質
1. 成分
(1)岩漿岩比變質岩和沉積岩易於風化。岩漿形成於高溫高壓,礦物質種類多(內部礦物抗風化能力差異大).
(2) 岩漿岩中基性岩比酸性岩易於風化,基性岩中暗色礦物較多,顏色深,易於吸熱、散熱。
(3) 沉積岩易溶岩石(如石膏、碳酸鹽類等岩石)比其它沉積岩易於風化.
差異風化:在相同的條件下,不同礦物組成的岩塊由於風化速度不等,岩石表面凹凸不平;或由不同岩性組成的岩層,抗風化能力弱的岩層形成相互平行的溝槽,砂岩、頁岩互層,頁岩呈溝槽。通過差異風化,我們可以確定岩層產狀。
2. 岩石的結構構造
(1) 岩石結構較疏鬆的易於風化;(2) 不等粒易於風化,粒度粗者較細者易於風化;(3) 構造破碎帶易於風化,往往形成窪地或溝谷。
球形風化: 在節理髮育的厚層砂岩或塊狀岩漿岩中,岩石常被風化成球形或橢圓形,這種現象叫做球形風化,它是物理風化為和化學風化聯合作用的結果。
球形風化的主要條件有:(1)岩石具厚層或塊狀構造;(2) 發育幾組交叉裂隙;(3)岩石難於溶解;(4)岩石主要為等粒結構。
被三組以上裂隙切割出來的岩塊,外部稜角明顯,在風化作用過程中,稜角首先被風化,最後成球狀。

6其研究意義

1. 岩石經風化後部分易溶物質被水帶走流失,餘下的碎屑岩和化學風化中形成的一些新礦物便殘留原地,這些殘留在原地的風化產物稱殘積物。殘積物的礦物組成、化學成分、顏色與下伏地層(原岩)有一定的關係,它們常具有稜角,無分選性,無層理,向下逐漸過渡到基岩,在存在生物活動物的地區,殘積物頂部發育成土壤。
風化殼:殘積物和土壤在大陸地殼表層構成一層不連續的薄殼,稱之為風化殼。
2. 風化殼可由一層殘積物組成,也可由幾層風化分解程度不同的殘積物組成,而且層與層之間常逐漸過渡而無明顯分界線。由於風化作用以地表最強烈,並向深處減弱,故具垂直分帶。一個完整的風化殼在剖面上,從下往上可分為以下幾層:土壤層、殘積層、半風化層。
3. 風化殼的厚度和成分因地而異,一般潮濕炎熱氣候區,風化殼厚度大,並有可能形成Fe,Mn,Al,Ni等殘積礦床(風化殼型礦床),乾旱地區風化殼薄,常僅數十厘米且結構簡單。古風化殼:風化殼若為後來沉積物所覆蓋,則稱為古風化殼。
4. 風化殼的研究意義
(1) 地殼運動與古地理:長期穩定或隆起,風化殼得以充分發育,古風化殼代表古代沉積間斷,發育構造運動.
(2) 古地理:陸地,不同氣候條件,風殼物征不一。
(3) 礦產:殘餘型礦床,殘積砂礦床(金、金剛石).
(4) 工程建設:對近代埋藏的風化殼應填重對待。某水庫工程對風化殼厚度估計不夠,蓄水后壩下滲漏嚴重。

7風化作用

地表和接近地表的岩石,在溫度變化、水、空氣及生物的作用和影響下所發生的破壞作用,稱為風化作用。可分成兩種主要類型: 1、物理風化作用:是指岩石只發生機械破碎而化學成分未改變的風化作用。物理風化的結果是形成各種碎屑物質。
  2、化學風化作用:指岩石在氧、水和溶於水中的各種酸、以及生物的作用下,發生化學分解的風化作用。
  4、造岩礦物和岩石在風化過程中的穩定性
  1) 長石類
  在物理風化作用下,長石易沿解理面破碎。在化學風化作用下,受各種酸的作用而分解:
  長石→ 水雲母+K+、Na+、Ca2+→ 高嶺石(蒙脫石)+SiO2→ 蛋白石+三水鋁石
  不同種類的長石中,鉀長石比斜長石穩定,酸性斜長石又較基性斜長石穩定。
  2)鐵鎂礦物
  這類礦物的穩定性較低,其中以橄欖石最易風化,輝石次之,再其次是角閃石。在化學風化作用下,尤其是在碳酸的作用下,這類礦物首先分解出Ca2+、Mg2+、Fe2+陽離子,形成重碳酸鹽,溶於水中被帶走;在氧化作用下,這類礦物中的低價鐵氧化成高價鐵,形成含水的氧化鐵礦物而殘積在風化地區、故其風化產物多呈紅色、褐色及棕色。
  3)石英
  為最穩定的造岩礦物,在風化過程中幾乎只發生機械破碎,不易發生溶解。
  4)雲母類
  白雲母穩定性較黑雲母高,故在沉積岩中前者較常見。白雲母在化學風化作用下可以分解而轉變成為水雲母以至高嶺石;黑雲母風化后形成含水的氧化鐵礦物及粘土礦物,其部分陽離子則被淋濾。
  5)粘土礦物
  為沉積岩的重要造岩礦物。由於此類礦物是在地表條件下形成的,故在一般風化作用下只發生機械破碎,而無化學分解現象。
  6)碳酸鹽礦物
  主要為方解石和白雲石。這類礦物在酸性水中極易溶解,而在極乾燥的氣候條件下,可由物理風化作用破碎成碳酸鹽碎屑。
  5、岩石的風化及影響因素
  1)礦物成分, 2)結構構造, 3)氣候條件
  岩石破碎 →Ca、Na、Mg、K帶出→ 水雲母或蒙脫石 → 高嶺石 →含水氧化鐵+蛋白石+鋁土礦。
  6、風化產物
  母岩風化后形成的產物按其性質可分為三類:
  1)碎屑物質 這是母岩機械破碎的產物。
  2)不溶殘餘物質 是母岩在分解過程中新生成的礦物。
  3)溶解物質 在化學風化過程中,母岩中活潑性較大的金屬元素分解出來溶於水中,組成真溶液或膠體。
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