微专题|风化作用

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什么是风化作用？

风化作用是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程。

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风化作用的类型

物理风化

矿物和岩石在地表大气温度变化、水体的冻融等的影响下原地发生机械崩解、破裂的作用。物理风化作用只使岩石发生崩解而不改变其化学成分。常见的物理风化的方式有温差风化、冰劈风化（冻融风化）、盐类结晶与潮解作用和层裂作用。

下图为岩石物理风化过程示意，包括两种最常见的方式：温差风化与冻融风化

制图@杨宁/星球研究所）

▲物理风化示意图

（1）温差风化：大气温度周期性变化引起岩石破裂的作用。岩石是热的不良导体，在长期的昼夜、季节性温差变化的影响下，岩体表里受热不均，胀缩交替，反复进行，致使岩石表里间产生裂隙甚至崩解成碎块。若岩石中矿物的热膨胀系数各不相同，温差变化，还会削弱矿物间的结合力，致使部分矿物脱落。（如下图）

（2）冰劈风化（又称冻融风化）：岩石裂隙中的水冻结成冰，使岩石受撑而破裂的作用。渗入岩石裂隙的水，在气温降到0℃以下时结成冰，体积膨胀。当气温回升到0℃以上，冰融化为水，渗入新裂开的部位。气温在0℃上下波动，冻结-融化反复发生，最后岩石裂为碎块。

▲岩石冻融风化后破碎

（3）盐类结晶和潮解作用：在干旱、半干旱气候区，蒸发量大，岩石裂缝中的含盐溶液易于饱和而结晶。结晶时体积增大，对两壁也施加压力。当空气湿度增加时，已结晶的盐类又潮解为溶液，进一步渗入岩石内部。盐类的结晶-潮解反复进行，使岩石破裂。

（4）层裂作用：上覆岩层被剥蚀后，致密块状岩浆岩（如花岗岩）由于释重减压而产生向上和向外侧的膨胀作用，形成与岩体表面大致平行的“洋葱式”分离薄层，又称层状剥落。（如下图）

随着物理风化作用的进行，风化的岩体裂隙度增大，渗透性增强，风化碎屑的直径变小而表面积逐渐增大，这就为化学风化作用的进行创造了条件。

【典例】石蛋：花岗岩“石蛋”是花岗岩球状风化的产物。一般认为花岗岩在抬升过程中先产生节理（花岗岩体中存在着一定走向的裂隙，地质学上称节理），当岩石出露地表接受阳光、空气、冰楔（结冰的冰块）、生物、水等风化时，由于棱角突出，易受风化（角部受三个方向的风化，棱边受两个方向的风化，而面上只受一个方向的风化），故棱角逐渐缩减，最终趋向球形。这样的风化过程称为球状风化或石蛋化。

化学风化

指岩石在大气、水与生物作用下发生分解进而形成化学组成与性质不同的新物质的过程。

具体表现：岩石中的矿物从生成环境转入地表时失去稳定性，沿裂隙和节理发生水化、水解、溶解和氧化作用。

水化作用：岩石矿物吸收水分后变为含水矿物。具体表现：岩石体积膨胀、硬度降低、抵抗风化能力削弱，并对周围岩石产生压力。（比如硬石膏水化为石膏。）

水解作用：指岩石矿物遇水分解过程。水体进入地表岩石，水中的氢离子和矿物的盐基离子发生交换形成可溶性盐类。（比如正长石水解成高岭土、SiO2溶胶和K2CO3离子溶液。）

溶解作用：指岩石中的无机矿物不同程度溶解于水中并带走，难溶物质残留原地、岩石孔隙度增加、强度降低的过程。

氧化作用：指岩石矿物被大气游离、水体溶解氧化，形成高价化合物的过程。（比如黄铁矿在湿润条件下的氧化铁、硫均被氧化，硫酸将进一步形成各种硫酸盐。）

【注意】在化学风化过程中，水化、水解、溶解和氧化作用往往同时进行，且效果相同，即破坏原有岩石矿物，部分活跃元素分离且流失，较稳定的元素形成新的粘土矿物。化学风化的强度取决于温度、湿度和水溶液中的pH值。气候炎热潮湿及水溶液呈酸性等条件有利于化学风化。

生物风化

生物死亡后，腐烂分解形成一种腐植质(胶状的物质)，是一种有机酸，对岩石起腐蚀作用。

地壳表层岩石经机械破碎，化学风化后形成的松散物，再经过生物的化学风化作用，增加了有机物质---腐殖质，这种具有腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫做土壤。

生物风化作用通常伴随着其他两种风化作用进行。

▲植物根劈作用

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▲视频 | 什么是生物风化？以黄山松为例

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影响风化作用的因素

风化作用的速度主要取决于自然地理条件和组成岩石的矿物性质。

岩石的特性

这是影响风化作用的内在因素。岩石的种类，造成矿物的物理和化学性质，岩石的结构和构造都影响风化作用。

一般来说，岩石形成时的温度、压力等条件与地表相差越大，岩石易风化。多种矿物组成的岩石，因各种矿物热胀系数不同而比单矿物组成的岩石易风化。深色矿物比浅色矿物吸热、散热均快，故含深色矿物多的岩石不易风化。造岩的组成矿物颗粒粗、粒径不均匀的比细而均匀的易受温差风化。此外，岩石中胶结物的成分和胶结方式、岩石裂隙发育程度等，也都影响岩石的抗风化能力。

气候条件

气候是影响风化作用的基本因素。大气温差变化越大，物理风化作用越强；

水量充足有利于物质间的化学反应；生物，尤其是植物的大量繁殖促进生物风化等。不同气候带的风化作用类型和发育程度不同。

极地严寒，降水以雪为主，物理风化最为强烈，几乎没有化学风化。

热带、亚热带高温多雨，化学风化强烈，常可达到风化作用的终极阶段。

温带，气候条件适中，化学风化和物理风化发育程度大致相当。干旱荒漠区温差大，雨量小，物理风化作用很强烈。（如下图）

地形

地形可影响局部气候条件，间接影响风化作用；

中低纬度高山地区的不同高度上有着不同的气候带；山脉坡地的朝向造成不同的局地小气候，因而风化类型、风化产物有不同。地形的陡缓则直接影响风化作用的进展状况和风化产物保存条件。地形平缓，地下水位高，有利于化学风化和风化产物的保存，残积层厚有利于风化作用发展到最后阶段。地形陡峻，利于水的排泄，元素容易迁移，风化产物不易保存，因而残积层薄，物理风化比较显著。

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试题链接

【2016海南卷】地表或接近地表的岩石，在温度变化等的作用下，在原地发生机械破碎而不改变岩石化学成分的作用叫物理风化作用。通常情况下，气温日较差大的地区，物理风化作用强烈。据此完成19-20题。

19. 如果不考虑其他因素，在北半球中、高纬度地区物理风化作用最强的坡向是

A. 东北坡 B. 西北坡

C. 东南坡 D. 西南坡

20. 地球表面物理风化作用最弱的自然带是

A. 温带荒漠带

B. 温带草原带

C. 热带雨林带

D. 亚寒带针叶林带

【参考答案】

19.D 根据材料，物理风化强烈的地区为气温日较差大的地区。同一山体中，夜晚不接受太阳辐射，不太坡向温度差异不大，所以温差主要取决于白天温度。北半球中、高纬地区，太阳主要位于南边，南坡接受的太阳辐射多，温度高于北坡.根据所学知识我们知道，在一天中最高温出现在午后两点左右，此时太阳位于西南方位，可以推断西南坡维持热量平衡的时间比东南坡更长，温度能达到更高，昼夜温差更大。故选D。

20. C 物理风化作用最弱的也就是气温日较差最小的地区，气温日较差主要受天气、海拔、下垫面等因素影响，四个地区中，热带雨林带地区多阴雨天气，植被覆盖率，地表水分多，气温日较差是最小的。故选C。

本组试题以自然界的物理风化为题材，通过对物理风化的定义，提示考生关注影响物理风化作用的主要因素。风化可以分为物理风化、化学风化和生物风化。物理风化又可以分为由于温度变化产生的热胀冷缩作用下产生的机械破碎和由于结冰融冰导致岩石反复受力产生的破碎（寒冻风化）。