不同类型的风化简介

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发布日期: 2024-06-13 更新日期: 2024-06-13 编辑:xuzhiping 浏览次数: 568

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摘要: 岩石、矿物、土壤通常在某些环境力量的作用或影响下改变其结构。生物活动、极端天气以及水、风和冰等侵蚀因素都是影响岩石和土壤不断崩解、磨损和松动的环境力量示例,这就是所谓的风化。 因此,风化是岩石或土壤由于特定环境因素(如上述例子)而溶解或磨损成越来越小的碎片的...

不同类型的风化

岩石、矿物、土壤通常在某些环境力量的作用或影响下改变其结构。生物活动、极端天气以及水、风和冰等侵蚀因素都是影响岩石和土壤不断崩解、磨损和松动的环境力量示例,这就是所谓的风化。

因此,风化是岩石或土壤由于特定环境因素(如上述例子)而溶解或磨损成越来越小的碎片的过程。从地质学角度来看,风化是指受动植物生命、水和大气力量影响的岩石崩解。

风化不同于侵蚀。侵蚀是土壤和岩石颗粒被风、水或冰侵蚀并移到其他地方的过程,而风化不涉及移动的运输媒介。它是地球表面岩石因极端温度、雨水或生物活动而崩解的过程。它根本不涉及任何岩石材料的移动。

维基百科将风化定义为,风化是指岩石、土壤和矿物以及木材和人造材料与地球大气、生物群和水接触而分解的过程。风化发生在原地,大致翻译为:“没有移动”,因此不应与侵蚀混淆,侵蚀涉及岩石和矿物在水、冰、雪、风、波浪和重力等因素的作用下移动,然后被运输和沉积在其他位置。

风化过程主要有三种类型:机械风化、有机风化和化学风化。

机械或物理风化

机械或物理风化

机械风化也称为物理风化。机械风化是岩石物理分解成越来越小的碎片的过程。最常见的机械作用之一是霜冻破碎。当水进入岩石的孔隙和裂缝,然后冻结时,就会发生这种情况。霜冻风化、霜楔、冰楔或冷冻破裂是存在冰的几种过程的统称。这些过程包括霜冻破碎、霜楔和冻融风化。

一旦冰冻的水进入岩石内部,就会膨胀约 10%,从而使裂缝稍微变宽一些。岩石内部的压力估计为 30,000 磅/平方英寸,温度为 -7.6°F。随着时间的推移,这种压力加上天气的变化会使岩石分裂,较大的岩石会碎成较小的碎片。

另一种机械风化称为盐楔。风、水波和雨也会对岩石产生影响,因为它们是会磨损岩石颗粒的物理力量,尤其是在长时间内。这些力量同样属于机械或物理风化,因为它们直接和间接地对岩石施加压力,导致岩石破裂和崩解。

机械/物理风化也是由热应力引起的,即温度变化引起的岩石收缩和膨胀效应。由于不均匀的膨胀和收缩,岩石会破裂并分解成较小的碎片。

物理风化的类型

物理/机械风化的不同类型由自然过程和物理力决定。它们包括:

1.热压

温度变化会导致岩石膨胀和收缩。当岩石温度升高时,岩石会膨胀,当岩石温度降低时,岩石会收缩。由 于外表面比内表面暴露得更多,岩石组成矿物的收缩和膨胀不均匀。这一过程会产生物理应力,也称为热压,这会导致岩石开裂或破裂。

沙漠中的岩石受这一过程影响很大,因为白天温度很高,而晚上温度很低。白天和晚上的持续收缩和膨胀对岩石施加了两种主要类型的应力,即热疲劳和热冲击,这会导致岩石开裂并最终碎裂。野火也会导致岩石严重风化,因为强烈的热量会使岩石的组成矿物比正常情况迅速膨胀。

2.冻融

冻融也指霜冻颤动或霜冻风化。当水通过孔隙和裂缝进入岩石时,就会结冰。一旦冻结的水进入岩石,它就会膨胀约 10%,从而使裂缝张得更宽一些。在 -7.6°F 的温度下,岩石内部的压力估计为每平方英寸 30,000 磅。

随着时间的推移,冰雪形成和融化的反复霜冻循环以及天气的变化使岩石分裂,较大的岩石被分解成较小的碎片。霜冻风化在山区和极寒地区很常见,那里的温度大约是水的冰点。

3.释放压力或剥落

当上覆岩石材料因磨蚀或其他侵蚀过程而被剥离时,就会引起下伏岩石平行于地表的开裂、断裂和膨胀,从而使下伏岩石释放其中的压力。

随着时间的推移,岩石片会从剥离的岩石中分离出来,并沿着裂缝碎裂成更小的碎片,这个过程被称为剥落。剥落发生在平行于陆地表面的裂缝形成时,这是由于在磨损、上覆冰川消退或岩石隆起期间压力释放的影响。

4.盐晶体生长或盐风化

盐晶生长也称为盐风化或盐碎裂。当盐溶液进入岩石孔隙或裂缝并蒸发时,就会发生盐晶生长。当环境温度较高时,累积的盐晶会升温,从而膨胀,释放岩石上的压力,导致岩石崩解。

当石灰岩等岩石形成碳酸钠或硫酸钠等盐溶液时,也可能会发生盐结晶。盐溶液中的水分蒸发后会形成盐晶体。这些盐可以膨胀三倍甚至更多,这种现象主要发生在较干燥和高温的地区。海堤上的蜂窝状石头就是盐晶体生长的一个典型例子。

5.植物生长与动物活动

树木和其他植物的根系会深入岩石的裂缝,从而磨损岩石。随着根系长大,它们会对岩石施加压力,使裂缝变得更宽更深,最终使岩石破裂。鼹鼠、松鼠和兔子等穴居动物会使土壤中的岩石松动并分解。

6.磨损

磨损是指岩石颗粒因水、风或冰的摩擦而磨损。这些元素的持续脆弱性逐渐破坏了岩石的裸露表面。这是风、冰、雨和海浪对岩石的综合作用。

有机或生物风化

有机风化或生物风化指的是同一现象。它是岩石在生物作用下崩解的结果。树木和其他植物可以磨损岩石,因为它们渗入土壤,根系变大,对岩石施加压力,使裂缝变宽变深。最终,植物将岩石破碎。一些植物也在岩石的裂缝中生长,导致裂缝扩大,最终崩解。

藻类、苔藓、地衣和细菌等微生物可以在岩石表面生长,并产生可能破坏岩石外层的化学物质。它们会侵蚀岩石表面。这些微生物还会带来潮湿的化学微环境,从而促进岩石表面的化学和物理分解。生物活动的量取决于该地区的生命数量。鼹鼠、松鼠和兔子等穴居动物会加速裂缝的形成。

生物风化-定义和类型

生物风化也指有机风化。它是岩石在生物作用下崩解的过程。植物和动物分别渗透或钻入土壤,对岩石产生重大影响。生物风化可以与物理风化相辅相成,削弱岩石或使其暴露于物理或化学风化的力量之下。

例如,一些植物和树木生长在岩层的裂缝中。随着它们深入土壤,它们的根系不断扩大,它们对岩石施加压力,使裂缝变得更宽、更深,从而削弱岩石并最终使其崩解。微生物也能产生有机化学物质,从而促进岩石的矿物风化。

生物风化是我们周围常见的一种风化类型。许多小动物在岩石上钻孔并生活在岩石内部。随着时间的推移,它们会挖洞并扩大裂缝,最终使岩石破裂。此外,细菌、藻类和地衣会产生化学物质,帮助分解它们赖以生存的岩石,从而获得所需的营养。它们会产生弱酸,将一些矿物质转化为粘土。我们人类也对生物风化负有责任。随着我们建造更多的房屋、工业、水坝、发电厂和道路,我们会将岩石撕裂。

生物风化是由植物和动物引起的风化。植物和动物释放出酸性化学物质,导致风化,也导致岩石和地貌的破坏。

生物风化过程和类型

生物化学过程、根系渗透和动物挖洞是决定生物风化的一些过程。生物化学作用通过释放有机化合物发挥重要作用。有机化合物具有酸化分子,可腐蚀岩石矿物,从而使其变弱并易于崩解。

这种生物作用通常会导致化学风化。植物生长过程中根部穿透的过程会对岩石施加压力,随后使岩石破碎。另一方面,穴居动物可以破坏岩石,而有些动物会侵蚀岩石中的矿物质。

以下是四种主要的生物风化类型:

1.植物根系生长

经常可以看到一些根系生长在岩石表面内。这种植物活动有助于生物风化。植物和树木的根系深入土壤寻找养分和水。当根系深入土壤时,它们会穿过岩石的裂缝或缝隙,随着它们的生长,它们会逐渐使岩石开裂。生长得更大的根系也会对相邻的岩石施加压力。一些植物的根系还会释放有机酸,帮助溶解岩石中的矿物质。

2.微生物活性

一些植物微生物活动会释放有机酸性化合物。这些化合物可以分解岩石中的铁和铝矿物。藻类、苔藓、地衣和细菌等微生物就是这类植物。它们生长在岩石表面,产生有机化学物质,这些化学物质能够通过改变岩石的化学成分来分解岩石的外层。它们释放所谓的酸化分子(有机酸和质子)和螯合化合物(铁载体和有机酸)。分解矿物质的生物活动量取决于该地区的生命数量。

尽管这些化合物是通过生物过程产生的,但它们是由生物化学反应产生的,这些反应会加速化学和物理风化。尽管如此,这个过程被归类为生物风化,因为它本质上是生物的。此外,这些微生物还会带来潮湿的化学微环境,从而促进岩石表面的化学和物理分解。

3.穴居动物

鼹鼠、松鼠和兔子等穴居动物会加速裂缝的形成。许多动物(如皮多克壳)会钻入岩石以寻求保护,它们会释放酸来溶解岩石或碎裂岩石颗粒。这些动物活动会在岩石中产生裂缝,还会侵蚀岩石中的矿物质。

随着这一过程的持续,岩石内部出现缝隙和孔洞,进一步暴露在化学、生物和物理风化作用下。穴居动物也可以将破碎的岩石碎片移到地表,从而间接加速岩石风化过程。

4.人类活动

人类活动同样会挖掘、破坏和扩大裂缝,最终导致岩石碎裂。这些活动包括采矿、道路建设和住房开发。

化学风化

化学风化

化学风化是指岩石因化学变化而磨损。岩石内部的自然化学反应会随着时间的推移改变岩石的成分。由于化学过程是渐进且持续的,岩石的矿物学会随着时间的推移而发生变化,从而使其磨损、溶解和崩解。

化学变化发生在水和氧与岩石中的矿物质相互作用,通过水解和氧化等过程产生不同的化学反应和化合物。因此,在新物质形成过程中,岩石中会产生孔隙和裂缝,从而增强崩解力。

雨水有时也会在与大气中的酸性沉积物混合时变成酸性。大气中形成酸性沉积物是因为化石燃料燃烧释放出氮、硫和碳的氧化物。

降水产生的酸性水(酸雨)与岩石的矿物颗粒发生反应,产生新的矿物质和盐,这些矿物质和盐可以轻易溶解或磨损岩石颗粒。化学风化主要取决于岩石类型和温度。例如,与花岗岩相比,石灰石更容易受到化学侵蚀。温度越高,化学风化的速度就越快。

化学风化的类型

各种类型的化学风化都是由逐渐持续的化学反应、矿物学变化、颗粒溶解以及岩石的最终磨损或崩解所驱动的。这些反应包括水解、碳化、溶解和氧化。温度和最重要的湿度对化学风化至关重要。

1.水解

水解是水引起的化学反应。水与岩石发生反应,改变矿物的大小和化学成分,降低其抗风化能力。每当矿物水解时,就会产生结晶岩和粘土矿物,例如钙、钾和钠离子。

这种化学反应在火成岩中非常常见。反应的形式可以是水合或脱水。岩石吸收水分属于水合,而岩石中水分的排出属于脱水。水合使岩石体积膨胀,导致尺寸改变。

这就是石膏的形成过程。另一方面,脱水会减少岩石的体积。一个很好的例子是石灰石脱水后形成的赤铁矿。

2.碳化

碳化是指水与二氧化碳混合形成碳酸的过程。碳化是指岩石矿物与水与大气中的二氧化碳结合形成的弱碳酸发生反应。碳酸通过分解和溶解岩石中的矿物质来作用于岩石。溶解的物质被地下水冲走,可溶性离子则储存在地下水供应中。石灰岩和长石等岩石更容易经历这种化学风化。这种风化对洞穴的形成至关重要。

3.溶解

溶解同样意味着浸出。这是岩石暴露在雨水中时溶解的过程。石灰岩和岩盐是暴露在雨水、地表水甚至地下水中时形成溶剂溶液的岩石。溶解后,岩石中的矿物质变成水中的离子溶液,然后被冲走。喀斯特地貌是这种现象的常见例子。

4.氧化

氧化是另一种化学风化。氧化也称为生锈。氧化是岩石矿物在氧气存在下失去一个或多个离子或原子的过程。当岩石中的矿物 氧化时,它们的抗风化能力就会降低。氧气通过氧化过程与其他物质结合,导致离子或原子损失。

例如,铁金属会生锈,因为其离子会失去一个电子,从一种形式转变为另一种形式。氧化后,铁会变成红色或铁锈色。类似地,岩石中的含铁矿物也会经历这样的过程,失去离子,从而改变其结构和大小,从一种形式转变为另一种形式。因此,氧化/生锈会加速岩石的磨损,因为产生的氧化物比原始材料更弱。岩石颜色的变化是岩石因氧化而崩解的一个典型例子。

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