風(fēng)化作用

地殼表層的巖石在陽光、風(fēng)、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，會引起巖石礦物成分和化學(xué)成分以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化，使巖石逐漸發(fā)生破壞的過程稱為風(fēng)化作用。

一.風(fēng)化作用（weathering)是指地表或接近地表的堅硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產(chǎn)生物理、化學(xué)變化而在原地形成松散堆積物的全過程。根據(jù)風(fēng)化作用的因素和性質(zhì)可將其分為三種類型：物理風(fēng)化作用、化學(xué)風(fēng)化作用、生物風(fēng)化作用。

二.風(fēng)化作用指巖石在地表或接近地表的地方由于溫度變化、水及水溶液的作用、大氣及生物等的作用下發(fā)生的機械崩解及化學(xué)變化過程。風(fēng)化作用一般分三類：物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用。

此外植物根素的生長，洞穴動物的活動、植物體死亡后分解形成的腐植酸對巖石的分解都可以改變巖石的狀態(tài)與成分。

1）未風(fēng)化：巖質(zhì)新鮮，偶見風(fēng)化痕跡。

2）微風(fēng)化：結(jié)構(gòu)基本未變，僅節(jié)理面有渲染或略有變色，有少量風(fēng)化裂隙。

3）中等風(fēng)化：結(jié)構(gòu)部分破壞，沿節(jié)理面有次生礦物、風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體被切割成巖塊。用鎬難挖，巖芯鉆方可鉆進(jìn)。

4）強風(fēng)化：結(jié)構(gòu)大部分被破壞，礦物成分顯著變化，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎，用鎬可挖，干鉆不易鉆進(jìn)。

5）全風(fēng)化：結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，有殘余結(jié)構(gòu)強度，可用鎬挖，干鉆可鉆進(jìn)。

6）殘積土：組織結(jié)構(gòu)全部破壞，已風(fēng)化成土狀，鍬鎬易挖掘，干鉆易鉆進(jìn)，具可塑性。

風(fēng)化作用（weathering)是指地表或接近地表的堅硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產(chǎn)生物理、化學(xué)變化而在原地形成松散堆積物的全過程。根據(jù)風(fēng)化作用的因素和性質(zhì)可將其分為三種類型：物理風(fēng)化作用（physicalweathering)、化學(xué)風(fēng)化作用(chemical weathering)、生物風(fēng)化作用(biological weathering)。

巖石是熱的不良導(dǎo)體，在溫度的變化下，表層與內(nèi)部受熱不均，產(chǎn)生膨脹與收縮，長期作用結(jié)果使巖石發(fā)生崩解破碎。在氣溫的日變化和年變化都較突出的地區(qū)，巖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巖石體內(nèi)直到把巖石劈開、崩碎。以上兩種作用屬物理風(fēng)化作用。

巖石在各種風(fēng)化營力作用下，所發(fā)生的物理和化學(xué)變化的過程稱為巖石風(fēng)化。它包括巖石所感受的風(fēng)化作用及其所產(chǎn)生的結(jié)果兩個方面。與其它動力地質(zhì)作用相比較，引起巖石風(fēng)化的營力很多，但主要的是太陽熱能、水溶液( 地表、地下及空氣中的水) 、空氣( 0₂及 C0₂等) 及生物有機體等。

巖石中的礦物成分在氧、二氧化碳以及水的作用下，常常發(fā)生化學(xué)分解作用，產(chǎn)生新的物質(zhì)。這些物質(zhì)有的被水溶解，隨水流失，有的屬不溶解物質(zhì)殘留在原地。這種改變原有化學(xué)成分的作用稱化學(xué)風(fēng)化作用。

此外植物根系的生長，洞穴動物的活動、植物體死亡后分解形成的腐植酸對巖石的分解都可以改變巖石的狀態(tài)與成分。

巖石風(fēng)化作用與水分和溫度密切相關(guān)，溫度越高，濕度越大，風(fēng)化作用越強；但在干燥的環(huán)境中，主要以物理風(fēng)化為主，且隨著溫度的升高物理風(fēng)化作用逐漸加強；但在濕潤的環(huán)境中，主要以化學(xué)風(fēng)化作用為主，且隨著溫度的升高化學(xué)風(fēng)化作用逐漸加強。物理風(fēng)化主要受溫度變化影響，化學(xué)風(fēng)化受溫度和水分變化影響都較大。從地表風(fēng)化殼厚度來看，溫度高，水分多的地區(qū)風(fēng)化殼厚度最大。土壤是在風(fēng)化殼的基礎(chǔ)上演變而來的。

風(fēng)化作用的速度主要取決于自然地理條件和組成巖石的礦物性質(zhì)。

風(fēng)化作用氣候條件

氣候寒冷或干燥地區(qū)，生物稀少，寒冷地區(qū)降水以固態(tài)形式為主，干旱區(qū)降水很少。以物理風(fēng)化作用為主，化學(xué)和生物風(fēng)化為次。巖石破碎，但很少有化學(xué)風(fēng)化形成的粘土礦物，以生物風(fēng)化為主形成的土壤也很薄。

氣候潮濕炎熱地區(qū)，降水量大，生物繁茂，生物的新陳代謝和尸體分解過程產(chǎn)生的大量有機酸，具有較強的腐蝕能力，故化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)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?？尚纬奢^厚的土壤層。

風(fēng)化作用地形條件

地形影響氣候，間接影響風(fēng)化作用；另一方面，陡坡上，地下水位低，生物較少，以物理風(fēng)化為主。 地勢平坦，受生物影響較大，化學(xué)風(fēng)化作用為主。

風(fēng)化作用巖石性質(zhì)

1． 成分

(1)巖漿巖比變質(zhì)巖和沉積巖易于風(fēng)化。巖漿形成于高溫高壓，礦物質(zhì)種類多(內(nèi)部礦物抗風(fēng)化能力差異大).

(2) 巖漿巖中基性巖比酸性巖易于風(fēng)化，基性巖中暗色礦物較多，顏色深，易于吸熱、散熱。

(3) 沉積巖易溶巖石(如石膏、碳酸鹽類等巖石)比其它沉積巖易于風(fēng)化.

差異風(fēng)化：在相同的條件下，不同礦物組成的巖塊由于風(fēng)化速度不等，巖石表面凹凸不平；或由不同巖性組成的巖層，抗風(fēng)化能力弱的巖層形成相互平行的溝槽，砂巖、頁巖互層，頁巖呈溝槽。通過差異風(fēng)化，我們可以確定巖層產(chǎn)狀。

2． 巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

(1) 巖石結(jié)構(gòu)較疏松的易于風(fēng)化；

(2) 不等粒易于風(fēng)化，粒度粗者較細(xì)者易于風(fēng)化；

(3) 構(gòu)造破碎帶易于風(fēng)化，往往形成洼地或溝谷。

球形風(fēng)化： 在節(jié)理發(fā)育的厚層砂巖或塊狀巖漿巖中，巖石常被風(fēng)化成球形或橢圓形，這種現(xiàn)象叫做球形風(fēng)化，它是物理風(fēng)化為和化學(xué)風(fēng)化聯(lián)合作用的結(jié)果。

球形風(fēng)化的主要條件有：

(1)巖石具厚層或塊狀構(gòu)造；

(2) 發(fā)育幾組交叉裂隙；

(3)巖石難于溶解；

(4)巖石主要為等粒結(jié)構(gòu)；

（5）花崗巖。

被三組以上裂隙切割出來的巖塊，外部棱角明顯，在風(fēng)化作用過程中，棱角首先被風(fēng)化，最后成球狀。

地表和接近地表的巖石，在溫度變化、水、空氣及生物的作用和影響下所發(fā)生的破壞作用，稱為風(fēng)化作用?？煞殖蓛煞N主要類型：

1.物理風(fēng)化作用：是指巖石只發(fā)生機械破碎而化學(xué)成分未改變的風(fēng)化作用。物理風(fēng)化的結(jié)果是形成各種碎屑物質(zhì)。

2.化學(xué)風(fēng)化作用：指巖石在氧、水和溶于水中的各種酸、以及生物的作用下，發(fā)生化學(xué)分解的風(fēng)化作用。

3.造巖礦物和巖石在風(fēng)化過程中的穩(wěn)定性。

1) 長石類

在物理風(fēng)化作用下，長石易沿解理面破碎。在化學(xué)風(fēng)化作用下,受各種酸的作用而分解：

長石→ 水云母 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(wěn)定，酸性斜長石又較基性斜長石穩(wěn)定。

2）鐵鎂礦物

這類礦物的穩(wěn)定性較低，其中以橄欖石最易風(fēng)化，輝石次之，再其次是角閃石。在化學(xué)風(fēng)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，溶于水中被帶走；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(fēng)化地區(qū)、故其風(fēng)化產(chǎn)物多呈紅色、褐色及棕色。

3）石英

為最穩(wěn)定的造巖礦物，在風(fēng)化過程中幾乎只發(fā)生機械破碎，不易發(fā)生溶解。

4)云母類

白云母穩(wěn)定性較黑云母高，故在沉積巖中前者較常見。白云母在化學(xué)風(fēng)化作用下可以分解而轉(zhuǎn)變成為水云母以至高嶺石；黑云母風(fēng)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

為沉積巖的重要造巖礦物。由于此類礦物是在地表條件下形成的，故在一般風(fēng)化作用下只發(fā)生機械破碎，而無化學(xué)分解現(xiàn)象。

6）碳酸鹽礦物

主要為方解石和白云石。這類礦物在酸性水中極易溶解，而在極干燥的氣候條件下，可由物理風(fēng)化作用破碎成碳酸鹽碎屑。

巖石的風(fēng)化及影響因素

1）礦物成分， 2）結(jié)構(gòu)構(gòu)造， 3）氣候條件

巖石破碎 →Ca、Na、Mg、K帶出→ 水云母或蒙脫石 → 高嶺石 →含水氧化鐵 蛋白石 鋁土礦。

風(fēng)化產(chǎn)物

母巖風(fēng)化后形成的產(chǎn)物按其性質(zhì)可分為三類：

1）碎屑物質(zhì) 這是母巖機械破碎的產(chǎn)物。

2）不溶殘余物質(zhì) 是母巖在分解過程中新生成的礦物。

3）溶解物質(zhì) 在化學(xué)風(fēng)化過程中，母巖中活潑性較大的金屬元素分解出來溶于水中，組成真溶液或膠體。2100433B

1． 巖石經(jīng)風(fēng)化后部分易溶物質(zhì)被水帶走流失，余下的碎屑巖和化學(xué)風(fēng)化中形成的一些新礦物便殘留原地，這些殘留在原地的風(fēng)化產(chǎn)物稱殘積物。殘積物的礦物組成、化學(xué)成分、顏色與下伏地層(原巖)有一定的關(guān)系，它們常具有棱角，無分選性，無層理，向下逐漸過渡到基巖，在存在生物活動物的地區(qū)，殘積物頂部發(fā)育成土壤。

風(fēng)化殼：殘積物和土壤在大陸地殼表層構(gòu)成一層不連續(xù)的薄殼，稱之為風(fēng)化殼。

2． 風(fēng)化殼可由一層殘積物組成，也可由幾層風(fēng)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。由于風(fēng)化作用以地表最強烈，并向深處減弱，故具垂直分帶。一個完整的風(fēng)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(fēng)化層。

3． 風(fēng)化殼的厚度和成分因地而異，一般潮濕炎熱氣候區(qū)，風(fēng)化殼厚度大，并有可能形成Fe，Mn，Al，Ni等殘積礦床(風(fēng)化殼型礦床)，干旱地區(qū)風(fēng)化殼薄，常僅數(shù)十厘米且結(jié)構(gòu)簡單。古風(fēng)化殼：風(fēng)化殼若為后來沉積物所覆蓋，則稱為古風(fēng)化殼。

4． 風(fēng)化殼的研究意義

(1) 地殼運動與古地理：長期穩(wěn)定或隆起，風(fēng)化殼得以充分發(fā)育，古風(fēng)化殼代表古代沉積間斷，發(fā)育構(gòu)造運動。

(2) 古地理：陸地，不同氣候條件，風(fēng)殼物征不一。

(3) 礦產(chǎn)：殘余型礦床，殘積砂礦床(金、金剛石)。

（4) 工程建設(shè)：對近代埋藏的風(fēng)化殼應(yīng)填重對待。某水庫工程對風(fēng)化殼厚度估計不夠，蓄水后壩下滲漏嚴(yán)重。

風(fēng)化作用綜述

物理風(fēng)化是最簡單的風(fēng)化作用，在沙漠地區(qū)尤其明顯。因為那里氣溫白天高達(dá)40－50℃，晚上可降到0℃以下，巖石熱脹冷縮，這種脹縮在巖石表部和核部是不一樣的。由于不同礦物的膨脹系數(shù)不一樣，久而久之，巖石出現(xiàn)了裂隙，由大塊變成了小塊，由小塊變成砂，由砂變?yōu)橥?，石頭就爛掉了。在有化學(xué)作用和生物作用參與的情況下，風(fēng)化作用進(jìn)行得更快，風(fēng)化的過程和產(chǎn)物也更豐富多彩。

風(fēng)化作用球狀風(fēng)化

最常見的風(fēng)化現(xiàn)象是巖石的球狀分化，這是因為巖石的外層易發(fā)生成層裂開和鱗片狀剝落的緣故，兼之巖石內(nèi)常有相互交錯的裂縫，沿裂縫風(fēng)化最深，稜角磨得最圓。在懸崖陡坡上的巖石，因風(fēng)化而發(fā)生崩落，裂解下來的石塊沿山坡流動，最后在山坡腳下穩(wěn)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，崩落下來的巖塊雜亂地堆積在那里，形成石灘或石海。

風(fēng)化作用風(fēng)化殼

物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用的綜合產(chǎn)物是風(fēng)化殼。一個發(fā)育成熟的風(fēng)化殼中，硅酸鹽礦物已完全分解，形成硅及三價金屬的膠體氫氧化物，產(chǎn)生的典型礦物是游離的氫氧化鐵和氫氧化鋁（褐鐵礦、水赤鐵礦、針鐵礦、鋁土礦等，俗稱鐵帽），如華北中奧陶統(tǒng)灰?guī)r之上的風(fēng)化殼、廣西下二疊統(tǒng)灰?guī)r之上的風(fēng)化殼等。以生物風(fēng)化作用為主的風(fēng)化作用的綜合產(chǎn)物是土壤；除植物外，氣候在土壤形成的過程中起了重要的作用。

風(fēng)化作用結(jié)果

風(fēng)化作用無處不在，無孔不入，它對人們帶來的困擾，幾乎可與生銹、蟲蛀并列。修公路修鐵路時，?？砷_挖出非常好的地質(zhì)露頭，有些現(xiàn)象的意義足以與“名勝古跡”媲美，吸引了中外地質(zhì)學(xué)家前去研究。但幾年過后，研究成果發(fā)表了，紀(jì)念碑樹起來了，露頭也風(fēng)化了。在我國南方氣候炎熱而潮濕的地區(qū)，化學(xué)風(fēng)化作用的速度最快，裸露的巖石只需幾年便因風(fēng)化而變得疏松，風(fēng)化層可厚達(dá)幾十米。位于洞穴或石窟（著名的如云崗石窟、敦煌石窟等）的浮雕或石雕雖免于風(fēng)吹雨淋之苦，仍因風(fēng)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(fēng)化進(jìn)行得較慢，原因之一是氣候干燥，只有物理風(fēng)化在起作用。而獅身人面像是從一整塊灰?guī)r上雕鑿出來的，抗物理風(fēng)化能力較強；第三個原因是那里風(fēng)沙大，飛沙經(jīng)常把它掩埋起來，保護(hù)了它免受日曬夜凍。游客們在欣賞她勃發(fā)的英姿時，哪里會想到可能昨天她還埋在飛沙中呢？

根據(jù)性質(zhì)的不同，煤風(fēng)化作用分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化等三種主要類型。

煤風(fēng)化作用物理風(fēng)化作用

由于大氣溫度的變化以及煤中孔隙、裂隙水的反復(fù)凍結(jié)與融化而使煤發(fā)生的顏色變淺，硬度及強度變?nèi)酰严对龆?、增大，結(jié)構(gòu)變松，甚至完全破碎成粉末等物理性質(zhì)變化和機械破壞。其影響深度有限。

煤風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用

由于受大氣和水中各種化學(xué)物質(zhì)的影響，使煤的化學(xué)組成及工藝性質(zhì)發(fā)生的變化和破壞。其影響深度較大。

煤風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用

由于受生物活動的影響，使煤的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生的變化和破壞。

煤風(fēng)化作用受煤的成分和性質(zhì)、煤層的埋藏條件、地表侵蝕速度、氣候條件等因素的制約。

煤風(fēng)化作用煤的成分和性質(zhì)

腐植煤較殘植煤和腐泥煤易風(fēng)化;低變質(zhì)煤較高變質(zhì)煤易風(fēng)化;鏡煤和亮煤較絲炭和暗煤易風(fēng)化，但在低溫條件下絲炭能吸附大量的氧并放出熱量而加速風(fēng)化作用。此外，煤的結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育程度、水分和煤中黃鐵礦的含量等，對煤風(fēng)化作用也有一定的影響。

煤風(fēng)化作用煤層的埋藏條件

煤層產(chǎn)狀、圍巖成分和性質(zhì)、夾矸厚度和性質(zhì)以及上覆蓋層的厚度和性質(zhì)等因素都影響煤層與大氣和水的接觸條件，從而對煤風(fēng)化作用進(jìn)行制約。

煤風(fēng)化作用地表侵蝕速度

地表侵蝕速度越快，地形切割越陡，煤層氧化帶越淺; 反之，則氧化帶越深。

煤風(fēng)化作用氣候條件

溫濕氣候有利于化學(xué)風(fēng)化的進(jìn)行，風(fēng)化深度大; 干燥氣候則多以物理風(fēng)化為主，風(fēng)化深度小;大氣溫差越大，物理風(fēng)化越強;大氣降水影響潛水面的位置和滲濾水的含量及性質(zhì)。

煤風(fēng)化作用構(gòu)造條件

因構(gòu)造裂隙導(dǎo)入水、氣而促使煤體發(fā)生風(fēng)化、氧化。這種風(fēng)化作用往往可達(dá)地下較深部位，但范圍比較局限。

煤風(fēng)化過程分為吸氧、次生腐植酸生成和有機物氧化分解等三個階段。

煤風(fēng)化作用吸氧階段

煤中有機質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)單元側(cè)鏈上的活性基團(tuán)，吸附大氣中的氧，在煤的表面形成煤氧絡(luò)合物，使煤的重量增大、吸濕性增強。

煤風(fēng)化作用次生腐植酸生成階段

煤氧絡(luò)合物分解，放出二氧化碳、一氧化碳、水和熱量。同時，由稠環(huán)和側(cè)鏈組成的煤分子氧化生成腐植酸。隨著風(fēng)化程度的加深，次生腐植酸的含量不斷增加。煤的結(jié)構(gòu)變得疏松，增大了與大氣、水等的反應(yīng)面，為加快風(fēng)化速度和加大風(fēng)化深度提供了條件。

煤風(fēng)化作用有機物氧化分解階段

隨著次生腐植酸的進(jìn)一步氧化分解，煤中有機物含量明顯降低，直至全部消失，僅剩下煤中礦物風(fēng)化后的殘留物。

有機質(zhì)氧化生成的腐植酸、二氧化碳等酸性物質(zhì)，可使煤中礦物水解，生成硅酸、鋁硅酸、磷酸等，與金屬離子形成有機鹽類絡(luò)合物，當(dāng)鈣離子豐富時，則可生成方解石。煤中的黃鐵礦和白鐵礦氧化成硫酸和硫酸鐵，且與周圍的鈣、鋁礦物作用，形成石膏、明礬等新礦物。在有大量有機質(zhì)分解而造成的還原環(huán)境下，硫酸鐵可再次被還原，生成次生黃鐵礦。因此，在煤層露頭及其附近常見有含鐵明礬的白色粉末(稱煤堊)，受氫氧化鐵污染的次生腐植酸褐色粉末(稱煤華)分布。煤堊、煤華都是重要的找煤標(biāo)志。