風化作用 - 正長石水解後形成高嶺石
【作 者】嚴欽尚 邵虛生 來源：http://203.68.243.199/cpedia/Content.asp?ID=74715
http://baike.baidu.com/view/19501.htm
地表和近地表的岩石在日光、空氣、水和生物等外力作用下所發生的物理或化學變化。被風化了的岩石圈疏鬆表層稱為風化殼。風化作用使岩石(層)發生崩解和分解，所能達到的深度為風化殼的厚度，可以從幾十厘米至幾百米。在寒冷地區風化殼的厚度較小，在濕熱的熱帶地區可以達到100～200米，在斷裂帶發育區風化殼可以達到更大深度。風化作用通常分為物理風化作用和化學風化作用兩類。它為地表各種外營力(塊體運動、流水、冰川、波浪及風等)的剝蝕和侵蝕作用準備了條件，沒有風化作用為先導，剝蝕和侵蝕作用難以進行。風化碎屑物和淋溶物從原地被搬運外輸，地面被低夷，殘遺的風化物質在各地不同地理條件下發育了不同類型的土壤。
物理風化作用 又稱崩解作用，指岩石在外力作用下所發生的物理疏鬆、結構崩解的機械破壞過程，一般不引起化學成分的變化。引起物理風化的原因，有壓力釋放、溫度變化、冰凍、新晶體生長和生物活動等方面。
開裂作用 由地殼內壓力釋放引起岩石的崩解現象。在地殼深處的岩石，被抬升至地表或近地表時，由於負荷大大減輕，壓力釋放約達(1.5～8)×1013帕，引起岩石體積膨脹。當膨脹超過彈性限度之後，岩石往往產生一系列大致與地表平行，或微緩拱起的裂隙，使岩石呈薄層狀開裂，稱為層裂，同時並伴有側向的裂隙。裂隙的厚度自幾厘米至幾米不等，愈向深處間距愈大，有的可達幾十米。
脹縮作用 溫度變化使岩石發生表裡脹縮差異而發生的崩解破碎現象，亦稱為溫差風化。描述各地地表溫度的變化有年溫差和日溫差之分，其中日溫差對風化尤其重要，如在乾燥地區夏季戈壁地面的日溫差達60℃以上，溫差風化十分顯著。岩石是熱的不良導體，在陽光直接照射下，表面迅速增溫，體積膨脹，而表層之下很少增溫，且在時間上不和表層同步膨脹。夜間則相反，表面散熱迅速，體積收縮，下層散熱慢，也不與表層同步收縮。岩石又是多種礦物的集合體，各種礦物的熱力膨脹係數、顆粒大小、顏色深淺和晶體結構都不相同。當溫度發生劇烈變化時，它們脹縮的變形量不同，削弱了彼此之間的聚結力，促進了風化。岩石經過長期頻繁的溫差風化，產生大致與表面平行的風化裂隙，出現層狀剝落。花崗岩風化(見彩圖 台山花崗岩球狀風化(中國廣東)
)
後形成的石蛋地形主要就是這個原因。
擠壓作用 岩石裂隙水凍結或析出新晶體擠壓岩石形成的崩解現象。裂隙水凍結時體積膨脹，增大9％左右，它對裂隙邊壁施加強大壓力，可達960千克/厘米2，使岩石裂隙加寬加深，起了楔子的作用，所以這種凍脹作用也稱冰楔作用。在亞極地濕潤區和高山頂部雪線附近，氣溫經常在0℃上下變化，冰楔作用特別顯著，那裡常散佈大量風化巖屑或連片的石海(見冰緣地貌)。裂隙水常溶解大量礦物質，水分蒸發後析出的晶體，擠壓巖壁，助長崩裂。
生物物理風化作用 指生物活動引起的物理風化。植物根系伸進裂隙，以及樹木搖動和倒塌時根部所產生的壓力也促使岩石破碎，這種作用叫根劈作用(見彩圖 植物根劈作用(中國黃山)
)。蚯蚓、白蟻和齧齒類等動物，常把地下的土層、巖屑翻上地面，加速風化。
化學風化作用 又稱分解作用，在水、水溶液、空氣和生物等影響下岩石發生化學成分變化的過程。在化學風化中各種岩石經歷的破壞過程可分為3個階段：
早期階段。岩石中易溶鹽類首先溶解流失；同時礦物中的K +、Na +、Ca 2+、Mg2+等離子與溶液中的 Cl-、OH-、CO
、SO
等離子結合，形成易溶於水的化合物，大部分隨水遷移，而較難溶的碳酸鹽大部分保留。本階段可稱為富鈣階段。
中期階段。岩石中碳酸鹽類大量遷移，部分SiO2析離，形成硅酸的真溶液或膠體溶液流失，或凝聚成蛋白石堆積。這時，岩石中的鋁硅酸鹽礦物經化學風化後，形成各種黏土礦物殘留原地，可富集成黏土礦。本階段可稱為富硅階段。
晚期階段。在濕熱氣候條件下，高嶺石繼續風化，SiO2不斷析出，一部分隨水流失，一部分形成蛋白石堆積於原地。高嶺石徹底分解，最後形成難溶於水的氫氧化鋁，其中大部分凝聚沉澱形成各種含水的氧化鋁礦物，可富集成鋁土礦。本階段可稱為富鋁階段。化學風化的主要方式有水化、水解、溶解、碳酸化、氧化和生物化學風化等作用。
水化作用和水解作用 水化作用是指水分與一些不含水的礦物相化合，形成新礦物的過程。這些水分直接參與到礦物的晶格中去，改變了原來礦物的分子結構。如硬石膏與水化合形成石膏，體積膨脹，比重降低，硬度變小。
廣義的水解指無機化合物或有機化合物與水的作用所引起的分解反應 , 英文名稱：hydrolysis
定義：使某一化合物裂解成兩個或多個較簡單化合物的化學過程。水分子的H和OH部分參與被裂解化學鍵的任一側起反應。如脂肪在酸、鹼、脂酶的作用下水解, 生成甘油與脂肪酸或更小分子。
水解作用是指礦物與水發生反應而分解的過程，它是水與礦物發生化學反應的另一種途徑。純水是中性的，但仍存在游離的H+和OH-離子。它使一些弱酸強鹼或弱鹼強酸的鹽類在水中解離，並與水中的H+、OH-結合產生新礦物。陸殼中花崗岩分佈最廣，其中所含的長石的水解反應是陸地最普遍的化學風化作用。如正長石水解後形成高嶺石，SiO2呈膠體狀態和KOH一起隨水流失。其反應式如下：
溶解作用和碳酸化作用 溶解作用是指水對礦物的直接溶解。絕大部分礦物都能溶解於水中，但有難易之分。極易溶的K+、Na+等氯化物，和易溶的Ca2+、Mg2+氯化物和硫酸鹽等，即使在乾旱、半乾旱地區，也受淋溶，流到低窪處，受蒸發後形成鹽鹼灘或鹽湖。較難溶的為Ca2+、Mg2+等碳酸鹽。最難溶的為 Fe3+、Al3+、Si4+氧化物和硅酸鹽。礦物溶解的難易程度與其溶解度有關，常見的硅酸鹽礦物溶解度順序為：橄欖石>輝石>角閃石>黑雲母>斜長石>正長石>白雲母>石英。石英化學性質穩定，抵抗化學風化能力極強，而且耐磨蝕，故在河床、海灘和沙漠中大量富集。
碳酸化作用是指含有 CO2的水溶液對礦物的離解過程。純水溶解速度很慢。但當水中溶有CO2時，與水結合形成碳酸，碳酸根CO易與礦物中的陽離子化合成易溶於水的碳酸鹽，大大增強了水溶液對礦物的離解能力。如正長石經碳酸化後，生成K2CO3隨水流失，析出膠狀的SiO2也隨水流失，部分形成蛋白石，殘留難溶的高嶺石。其反應式為：
分佈廣泛的石灰岩，其主要礦物是方解石(CaCO3)。它在純水中溶解速度很慢，但在含碳酸的水溶液中能很快發生化學反應，生成溶於水中的重碳酸鈣。其反應式為：
在水中重碳酸鈣的溶解速度是碳酸鈣的30倍，所以能使石灰岩迅速溶解，形成各種喀斯特地貌。在石灰岩區常見的這種受蝕作用稱為溶蝕作用。
氧化作用 指大氣和水中的游離氧與礦物的化合過程。在高溫濕潤的條件下，氧化作用尤其強烈。各地氧化作用的深度主要與地下水面深度有關：地下水面以上，氧化作用活躍，為氧化環境；地下水面以下，岩石孔隙為水充滿，氧化作用很難進行，為還原環境。
自然界中許多變價元素在地下缺氧條件下，常形成低價元素礦物，他們在地表環境中極不穩定，容易被氧化為高價元素，形成新礦物。如黃鐵礦(FeS2)、菱鐵礦(FeCO3)等含二價鐵的礦物，氧化後變為含三價鐵的褐鐵礦、赤鐵礦。鐵是分佈很廣的元素，褐鐵礦、赤鐵礦呈黃褐色至紅褐色，常難溶於水而殘留原地，富集為「鐵帽」。
生物化學風化作用 指生物作用引起的化學風化。生物在新陳代謝過程中，一方面從土壤和岩石中吸取某些元素為營養，同時分泌有機酸腐蝕岩石。動植物的遺體腐爛後分泌有機酸和氣體，並形成腐殖質腐蝕、分解岩石。
參考書目
A.L.Bloom，Geomorphology，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，N.J.，1978.
http://baike.baidu.com/view/19501.htm
地表和近地表的岩石在日光、空氣、水和生物等外力作用下所發生的物理或化學變化。被風化了的岩石圈疏鬆表層稱為風化殼。風化作用使岩石(層)發生崩解和分解，所能達到的深度為風化殼的厚度，可以從幾十厘米至幾百米。在寒冷地區風化殼的厚度較小，在濕熱的熱帶地區可以達到100～200米，在斷裂帶發育區風化殼可以達到更大深度。風化作用通常分為物理風化作用和化學風化作用兩類。它為地表各種外營力(塊體運動、流水、冰川、波浪及風等)的剝蝕和侵蝕作用準備了條件，沒有風化作用為先導，剝蝕和侵蝕作用難以進行。風化碎屑物和淋溶物從原地被搬運外輸，地面被低夷，殘遺的風化物質在各地不同地理條件下發育了不同類型的土壤。
物理風化作用 又稱崩解作用，指岩石在外力作用下所發生的物理疏鬆、結構崩解的機械破壞過程，一般不引起化學成分的變化。引起物理風化的原因，有壓力釋放、溫度變化、冰凍、新晶體生長和生物活動等方面。
開裂作用 由地殼內壓力釋放引起岩石的崩解現象。在地殼深處的岩石，被抬升至地表或近地表時，由於負荷大大減輕，壓力釋放約達(1.5～8)×1013帕，引起岩石體積膨脹。當膨脹超過彈性限度之後，岩石往往產生一系列大致與地表平行，或微緩拱起的裂隙，使岩石呈薄層狀開裂，稱為層裂，同時並伴有側向的裂隙。裂隙的厚度自幾厘米至幾米不等，愈向深處間距愈大，有的可達幾十米。
脹縮作用 溫度變化使岩石發生表裡脹縮差異而發生的崩解破碎現象，亦稱為溫差風化。描述各地地表溫度的變化有年溫差和日溫差之分，其中日溫差對風化尤其重要，如在乾燥地區夏季戈壁地面的日溫差達60℃以上，溫差風化十分顯著。岩石是熱的不良導體，在陽光直接照射下，表面迅速增溫，體積膨脹，而表層之下很少增溫，且在時間上不和表層同步膨脹。夜間則相反，表面散熱迅速，體積收縮，下層散熱慢，也不與表層同步收縮。岩石又是多種礦物的集合體，各種礦物的熱力膨脹係數、顆粒大小、顏色深淺和晶體結構都不相同。當溫度發生劇烈變化時，它們脹縮的變形量不同，削弱了彼此之間的聚結力，促進了風化。岩石經過長期頻繁的溫差風化，產生大致與表面平行的風化裂隙，出現層狀剝落。花崗岩風化(見彩圖 台山花崗岩球狀風化(中國廣東)
)
後形成的石蛋地形主要就是這個原因。 擠壓作用 岩石裂隙水凍結或析出新晶體擠壓岩石形成的崩解現象。裂隙水凍結時體積膨脹，增大9％左右，它對裂隙邊壁施加強大壓力，可達960千克/厘米2，使岩石裂隙加寬加深，起了楔子的作用，所以這種凍脹作用也稱冰楔作用。在亞極地濕潤區和高山頂部雪線附近，氣溫經常在0℃上下變化，冰楔作用特別顯著，那裡常散佈大量風化巖屑或連片的石海(見冰緣地貌)。裂隙水常溶解大量礦物質，水分蒸發後析出的晶體，擠壓巖壁，助長崩裂。
生物物理風化作用 指生物活動引起的物理風化。植物根系伸進裂隙，以及樹木搖動和倒塌時根部所產生的壓力也促使岩石破碎，這種作用叫根劈作用(見彩圖 植物根劈作用(中國黃山)
)。蚯蚓、白蟻和齧齒類等動物，常把地下的土層、巖屑翻上地面，加速風化。 化學風化作用 又稱分解作用，在水、水溶液、空氣和生物等影響下岩石發生化學成分變化的過程。在化學風化中各種岩石經歷的破壞過程可分為3個階段：
早期階段。岩石中易溶鹽類首先溶解流失；同時礦物中的K +、Na +、Ca 2+、Mg2+等離子與溶液中的 Cl-、OH-、CO、SO等離子結合，形成易溶於水的化合物，大部分隨水遷移，而較難溶的碳酸鹽大部分保留。本階段可稱為富鈣階段。中期階段。岩石中碳酸鹽類大量遷移，部分SiO2析離，形成硅酸的真溶液或膠體溶液流失，或凝聚成蛋白石堆積。這時，岩石中的鋁硅酸鹽礦物經化學風化後，形成各種黏土礦物殘留原地，可富集成黏土礦。本階段可稱為富硅階段。晚期階段。在濕熱氣候條件下，高嶺石繼續風化，SiO2不斷析出，一部分隨水流失，一部分形成蛋白石堆積於原地。高嶺石徹底分解，最後形成難溶於水的氫氧化鋁，其中大部分凝聚沉澱形成各種含水的氧化鋁礦物，可富集成鋁土礦。本階段可稱為富鋁階段。化學風化的主要方式有水化、水解、溶解、碳酸化、氧化和生物化學風化等作用。 水化作用和水解作用 水化作用是指水分與一些不含水的礦物相化合，形成新礦物的過程。這些水分直接參與到礦物的晶格中去，改變了原來礦物的分子結構。如硬石膏與水化合形成石膏，體積膨脹，比重降低，硬度變小。
廣義的水解指無機化合物或有機化合物與水的作用所引起的分解反應 , 英文名稱：hydrolysis
定義：使某一化合物裂解成兩個或多個較簡單化合物的化學過程。水分子的H和OH部分參與被裂解化學鍵的任一側起反應。如脂肪在酸、鹼、脂酶的作用下水解, 生成甘油與脂肪酸或更小分子。
水解作用是指礦物與水發生反應而分解的過程，它是水與礦物發生化學反應的另一種途徑。純水是中性的，但仍存在游離的H+和OH-離子。它使一些弱酸強鹼或弱鹼強酸的鹽類在水中解離，並與水中的H+、OH-結合產生新礦物。陸殼中花崗岩分佈最廣，其中所含的長石的水解反應是陸地最普遍的化學風化作用。如正長石水解後形成高嶺石，SiO2呈膠體狀態和KOH一起隨水流失。其反應式如下：
溶解作用和碳酸化作用 溶解作用是指水對礦物的直接溶解。絕大部分礦物都能溶解於水中，但有難易之分。極易溶的K+、Na+等氯化物，和易溶的Ca2+、Mg2+氯化物和硫酸鹽等，即使在乾旱、半乾旱地區，也受淋溶，流到低窪處，受蒸發後形成鹽鹼灘或鹽湖。較難溶的為Ca2+、Mg2+等碳酸鹽。最難溶的為 Fe3+、Al3+、Si4+氧化物和硅酸鹽。礦物溶解的難易程度與其溶解度有關，常見的硅酸鹽礦物溶解度順序為：橄欖石>輝石>角閃石>黑雲母>斜長石>正長石>白雲母>石英。石英化學性質穩定，抵抗化學風化能力極強，而且耐磨蝕，故在河床、海灘和沙漠中大量富集。
碳酸化作用是指含有 CO2的水溶液對礦物的離解過程。純水溶解速度很慢。但當水中溶有CO2時，與水結合形成碳酸，碳酸根CO
易與礦物中的陽離子化合成易溶於水的碳酸鹽，大大增強了水溶液對礦物的離解能力。如正長石經碳酸化後，生成K2CO3隨水流失，析出膠狀的SiO2也隨水流失，部分形成蛋白石，殘留難溶的高嶺石。其反應式為： 分佈廣泛的石灰岩，其主要礦物是方解石(CaCO3)。它在純水中溶解速度很慢，但在含碳酸的水溶液中能很快發生化學反應，生成溶於水中的重碳酸鈣。其反應式為：
在水中重碳酸鈣的溶解速度是碳酸鈣的30倍，所以能使石灰岩迅速溶解，形成各種喀斯特地貌。在石灰岩區常見的這種受蝕作用稱為溶蝕作用。
氧化作用 指大氣和水中的游離氧與礦物的化合過程。在高溫濕潤的條件下，氧化作用尤其強烈。各地氧化作用的深度主要與地下水面深度有關：地下水面以上，氧化作用活躍，為氧化環境；地下水面以下，岩石孔隙為水充滿，氧化作用很難進行，為還原環境。
自然界中許多變價元素在地下缺氧條件下，常形成低價元素礦物，他們在地表環境中極不穩定，容易被氧化為高價元素，形成新礦物。如黃鐵礦(FeS2)、菱鐵礦(FeCO3)等含二價鐵的礦物，氧化後變為含三價鐵的褐鐵礦、赤鐵礦。鐵是分佈很廣的元素，褐鐵礦、赤鐵礦呈黃褐色至紅褐色，常難溶於水而殘留原地，富集為「鐵帽」。
生物化學風化作用 指生物作用引起的化學風化。生物在新陳代謝過程中，一方面從土壤和岩石中吸取某些元素為營養，同時分泌有機酸腐蝕岩石。動植物的遺體腐爛後分泌有機酸和氣體，並形成腐殖質腐蝕、分解岩石。
參考書目
A.L.Bloom，Geomorphology，Prentice-Hall，Englewood Cliffs，N.J.，1978.
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