风化作用

风化作用

风化作用是地壳表面的岩石在各种外力作用下发生的崩解、 碎裂和变质 • 被风化的岩石在风、雨及重力等作用下从岩石母体上剥落 成为破碎状的岩石块体或者岩屑的过程为剥蚀 • 风化作用分为物理风化、化学风化、生物风化作用

所有外动力作用地质作用得以发生的序幕

风化作用的几种类型

一、物理风化作用

• 体积改变
  • 冻融作用(Frost)
  • 热胀冷缩(Thermal stress)
  • 矿物生长(Salt-crystal growth)
• 侵蚀作用(Erosion)
  • 风蚀作用
  • 水蚀作用
  • 冰蚀作用
• 载荷释放(Unloading，Pressure release)

1.体积改变

1.1冻融作用

土层或岩层裂缝中的水,在冬季或夜晚温度下降发生冻结时把岩石涨裂,并因冻结膨胀产生压力而把裂缝附近的岩石压碎成块石和更细的物质,它是冻土区一种最普遍的冻融作用形式.

1.2热胀冷缩

昼夜温差较大，不同矿物膨胀和收缩速率不同，因温差产生的内力引起岩石分裂

由表及里岩石层层剥落的现象，称为页状剥离。页状剥离产生之大型者称为页状节理或页状剥离丘，小型者称为球状风化作用。在页状剥离中，固体岩体会分离成壳片、薄 板和鳞片，它们与岩体外部表面轮廓大体一致。

1.3矿物生长

当盐溶液渗入岩石的裂缝和接缝并蒸发，留下盐晶体时，盐结晶会导致岩石崩解。 与冰析作用一样，盐粒表面会通过毛细作用吸入更多的溶解盐，从而形成盐透镜体，对周围岩石产生高压。

盐风化可能是形成tafoni一类岩洞风化结构的重要因素

2.侵蚀作用

2.1风蚀作用

风蚀作用：是指风对地表物质的侵蚀、搬运和堆积过程。表现为风的吹蚀作用和磨蚀作用。

• 吹蚀作用是指风吹过地面广生紊流，沙粒或尘土离开地面，使地表物质遭受破坏的过程;
• 磨蚀作用是指由于风沙流贴近地面运动，运动的沙粒对地表物质(岩石等)进行的冲击、摩擦作用的过程。

2.2水蚀作用

雅丹地貌和丹霞地貌的区别

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2.3冰蚀作用

Gravity-driven glacial movement ‘plucks’ (拉，拔) large boulders (巨砾) from bedrock (岩床) substrate (基底.

Glacial action can also contribute to the further break-down of sediment during transport. Subglacial sediment transport grinds (研磨) entrained gravel and sand into finer particles(颗 粒). drop stone

如何区分坠石和冰碛物里的巨粒？ 观看地下的地面有没有凹陷

3.卸载作用

在地质学中，卸载作用是指地下的岩石恒处于上覆岩石压力之下，当上覆岩石一旦剥去，压力就解除，原处于地下的岩石便发生向上或向外的膨胀，形成一系列平行于地面的裂隙。这种作用常见于花岗岩等块状岩石的出露地区。如果剥裂开来的岩石似洋葱片层层重叠，则称之为洋葱构造(onion structure)。

从物理应力角度分析，这种现象表现为深层条件下的高围压三轴应力状态(尽管是平衡的)被地表的双轴压缩应力所取代，其量级约为35 MPa。这个值通常超过大多数岩石在地表的强度，导致岩石发生各种形式的破裂

二、化学风化作用

• 溶解
• 水解
• 水化去水
• 氧化还原

1.溶解作用

2.水解作用

3.水化去水

4.氧化还原

三、生物风化作用

岩石中的矿物在生物及其分泌物或有机分解产物的作用下，进行的机械性破坏作用或化学分解作用 本质上就是生物参与的物理风化作用和化学风化作用。

四、洋底风化作用

大陆化学风化作用是指在表生环境下，自 然界的岩石矿物与CO2 、水反应，发生溶解或形成次生矿物，同时释放金属离子、溶解硅、碱度 进入河流-海洋系统的过程[1]。在地质时间尺度 上(百万年级)，大陆风化被认为是调控地球气候变化、维持宜居环境的关键过程，也是影响海水 地球化学组成和演化的重要驱动力[2]。

海洋中同样有风化作用(图1)。学界目前关 于海洋风化作用尚未有明确且统一的定义，在不同学科或研究方向常有不同的表达[3]，如海解作 用、始成岩作用、低温蚀变作用等。与大陆风化 相似，海洋中的风化也会释放溶解态离子进入海 水。但是，由于海水和地表风化的环境不同，海洋风化释放离子的组成和速率与陆地风化也有一 定差异[4]。海洋风化过程也会消耗CO2 ，改变海 水的地球化学组成，影响气候变化[5]。

海洋中除了风化作用外，还有反风化作用 (reverse weathering)(图1)。反风化(又称逆风化)， 顾名思义，是指逆向的化学风化作用，通常是 指在海洋环境中硅(主要源于生物硅)与可溶性阳 离子结合，以沉淀或重组等方式形成新的自生 铝硅酸盐矿物的过程，同时消耗海水碱度，释放 CO2 [6-7]。因此，反风化作用也可以调节海水地球 化学组成和气候变化[6, 8]，只是作用方向与风化 过程相反。

1. 海洋风化作用

海洋风化作用是指碎屑物质进入海洋后，在海水或海底沉积物中发生的溶解或蚀变过程。主要来源包括：

• 河流入海颗粒物: 来自陆地的碎屑物质进入海洋后，会继续与海水发生反应，释放各种离子，如钙、镁、硅等。
• 冰川入海颗粒物: 极地冰川携带的碎屑物质进入海洋后，也会快速溶解，释放铁、铝等营养元素，影响区域海洋初级生产力。
• 大气粉尘: 全球干旱-半干旱地区释放的矿物气溶胶，部分会沉降进入海洋，溶解后释放锰、钕等元素，影响海洋生态系统和气候变化。
• 火山灰: 陆地和海洋的火山活动释放的火山碎屑物质进入海洋后，会快速溶解，释放稀土元素等，并通过“铁施肥”效应影响海洋生物地球化学循环和气候变化。
• 海底沉积物: 陆源碎屑和火山物质沉积于海底后，在早期成岩作用过程中会进一步发生溶解或蚀变，影响海水中相关元素的收支。
• 海底玄武岩风化: 海底玄武质熔岩与海水持续发生低温水岩反应，释放硅、钙、镁等元素，并消耗CO2，影响海水碱度和气候变化。

2. 海洋反风化作用

海洋反风化作用是指海洋中的硅(主要源于生物硅)与可溶性阳离子结合，形成新的自生铝硅酸盐矿物的过程，同时消耗海水碱度，释放CO2。主要证据包括：

• 自生矿物: 海绿石、蒙脱石、皂石等自生黏土矿物是反风化作用的直接证据。
• 孔隙水地球化学组成: 沉积物孔隙水中Mg2+、K+等金属离子浓度的降低，指示有自生黏土矿物形成。
• 非传统稳定同位素: 海洋孔隙水的稳定Si同位素特征、Li同位素、Mg同位素等，都可以指示反风化作用的存在及其影响。

3. 海洋风化和反风化作用的影响

海洋风化和反风化作用对海水化学组成、碳循环和气候变化都产生着重要影响：

• 海水化学组成: 风化作用释放各种离子，影响海水的化学组成；反风化作用消耗金属离子和溶解硅，形成自生矿物，改变海水碱度。
• 碳循环: 风化作用消耗CO2，释放碱度；反风化作用消耗碱度，释放CO2，共同影响碳循环。
• 气候变化: 海洋风化和反风化作用通过影响碳循环，间接影响气候变化。例如，冰期时大气粉尘入海通量增加，溶解释放更多营养元素，提高海洋初级生产力，吸收更多CO2，可能导致气候变冷。

五、风化作用的控制因素

• 各种气候条件——温度、降水等
• 矿物自身的性质
• 表面暴露情况
• 地势的高低
• 植物的作用

拓展问题：植物对风化作用的控制？植物登录之前有河流沉积？

六、风化作用的产物

分类的一些依据

• 按粒度分类
  • 砾、砂、土
• 按成分分类
  • 母岩残留物质
  • 次生矿物
  • 溶解物质

风化壳

风化后的残留物 古土壤：石化后的土壤 识别机制 有机质含量从上至下的变化序列、原始的底层厚度 研究意义 是陆地和气候重键的重要来源 对原始大气具有重要指示作用

七、风化强度的计算

八、反向风化作用

利用阳离子和碱性化合物形成粘土新岩层（自身粘土）的过程，伴随二氧化碳的释放和海洋碱度的消耗