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【今日讀書】自然地理學(xué)

【作者】伍光和

【用時(shí)】20分

【讀書摘抄】

一、風(fēng)化作用

地表巖石與礦物在太陽(yáng)輻射、大氣、水和生物參與下理化性質(zhì)發(fā)生變化，顆粒細(xì)化、礦物成分改變，從而形成新物質(zhì)的過(guò)程，稱為風(fēng)化過(guò)程或風(fēng)化作用。風(fēng)化是剝蝕的先驅(qū)，對(duì)地貌的形成、發(fā)展與地表夷平起著促進(jìn)和推動(dòng)作用。

（一）風(fēng)化作用的類型

1. 物理風(fēng)化

物理風(fēng)化又稱機(jī)械風(fēng)化或崩解。顧名思義，這是一個(gè)巖石由整體破裂為碎屑，裂隙、孔隙和比面積增加，物理性質(zhì)發(fā)生顯著變化而化學(xué)性質(zhì)不變的過(guò)程。巖石形成過(guò)程中必然產(chǎn)生一些裂隙和節(jié)理，在其經(jīng)過(guò)構(gòu)造變動(dòng)或上覆巖石被剝蝕而露出地面時(shí)，

① 負(fù)荷及應(yīng)力發(fā)生變化，裂隙、節(jié)理擴(kuò)大；

② 太陽(yáng)輻射增溫與晝夜溫度變化造成巖石熱脹冷縮，但不同礦物脹縮不均勻；

③巖石表面干濕變化及水的相態(tài)變化可造成巖石脹裂或劈裂；

④ 裂隙中的鹽類發(fā)生結(jié)晶；

⑤ 植物根系對(duì)巖石的擠壓和穿透，動(dòng)物挖掘洞穴等，都可對(duì)地表巖石造成機(jī)械破壞，使之層層剝離。

所有這些都屬物理風(fēng)化范疇。

2. 化學(xué)風(fēng)化

化學(xué)風(fēng)化是指巖石在大氣、水與生物作用下發(fā)生分解進(jìn)而形成化學(xué)組成與性質(zhì)不同的新物質(zhì)的過(guò)程。巖石中的礦物從生成環(huán)境轉(zhuǎn)入地表時(shí)將失去穩(wěn)定性，沿裂隙、節(jié)理發(fā)生水化、水解、溶解和氧化作用。水化作用的實(shí)質(zhì)是巖石礦物吸收水分后轉(zhuǎn)變?yōu)楹V物，體積膨脹，硬度降低，抵抗能力削弱并對(duì)周圍巖石產(chǎn)生壓力。如硬石膏經(jīng)水化變?yōu)槭囿w積增大30%，不僅本身易破碎，周圍巖石受壓也易破裂。水解作用是水體進(jìn)入地表巖石，水中的氫離子與礦物中的鹽基離子發(fā)生交換形成可溶性鹽類，即礦物遇水分解的過(guò)程。如正長(zhǎng)石經(jīng)水解形成高嶺土、SiO2，溶膠和離子溶液K,

溶解作用是指巖石中的無(wú)機(jī)礦物不同程度溶解于水中并被帶走，難溶物質(zhì)殘留原地、巖石孔隙度增加、強(qiáng)度降低的過(guò)程。氧化作用則指礦物被大氣游離、水體溶解氧氧化，形成高價(jià)化合物的過(guò)程，如黃鐵礦在濕潤(rùn)條件下的氧化鐵、硫均被氧化，而硫酸將進(jìn)一步形成各種硫酸鹽。

上述過(guò)程往往同時(shí)進(jìn)行，且效果相同，即破壞原有巖石礦物，部分活潑元素分離并流失，較穩(wěn)定者形成新的黏土礦物?；瘜W(xué)風(fēng)化強(qiáng)度取決于溫度、濕度與水溶液的pH。氣候炎熱潮濕及水溶液呈酸性等條件有利于化學(xué)風(fēng)化。

3. 生物在化學(xué)風(fēng)化中的作用

生物不僅參與巖石的物理風(fēng)化，在化學(xué)風(fēng)化中也起著重要作用。例如，植物光合作用產(chǎn)生氧，動(dòng)植物呼吸作用釋放二氧化碳，為化學(xué)風(fēng)化提供了反應(yīng)劑；植物根系的分泌與吸收作用可促進(jìn)礦物分解與元素遷移，生物殘?bào)w分解過(guò)程中形成的可溶性化合物可促進(jìn)化學(xué)風(fēng)化；微生物參與礦物元素的氧化、還原和淋濾，均對(duì)化學(xué)風(fēng)化有促進(jìn)作用。

（二）風(fēng)化殼

風(fēng)化作用的殘留礦物、次生礦物及可溶性物質(zhì)統(tǒng)稱風(fēng)化產(chǎn)物。殘留礦物是化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定因而未經(jīng)化學(xué)風(fēng)化的物質(zhì)，由自然元素、氧化物或硅酸鹽構(gòu)成的礦屑與巖屑，如金、鉑、金剛石、石英、金紅石、磁鐵礦、鉻鐵礦、綠石、鋯石與白云母等。顯然，在物理風(fēng)化占優(yōu)勢(shì)而化學(xué)風(fēng)化微弱的干旱、半干旱和高寒氣候條件下，殘留礦物應(yīng)是風(fēng)化產(chǎn)物的主體。次生礦物以黏土礦物及鐵鋁含水氧化物最為常見(jiàn)。伊利石或?yàn)轲ね翣钏颇?，或?yàn)樗颇概c蒙脫石的混合物，是半濕潤(rùn)、半干旱區(qū)淋溶作用弱或富鉀母巖風(fēng)化形成的穩(wěn)定產(chǎn)物。蒙脫石與伊利石在氣候轉(zhuǎn)濕或地表積水情況下，均可繼續(xù)風(fēng)化為高嶺土。

鐵的含水氧化物中最常見(jiàn)者是褐鐵礦，實(shí)際上是多種氧化鐵與黏土的混合物。鋁的含水氧化物可直接由基性與中性巖石風(fēng)化形成。在濕熱氣候下，鐵鋁氧化物分布廣泛，一些地方還形成了鋁土礦層?？扇苄晕镔|(zhì)包括礦物分解時(shí)釋放的溶解物質(zhì)與形成難溶次生礦物時(shí)多余的溶解物質(zhì)，常呈離子或膠體形式隨水流失。

風(fēng)化產(chǎn)物是土壤形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，某些風(fēng)化產(chǎn)物還可形成風(fēng)化礦床。

1. 風(fēng)化殼的基本特征

風(fēng)化產(chǎn)物雖經(jīng)風(fēng)化與剝蝕而依然殘留原地覆蓋于母巖表面者，即是風(fēng)化殼或稱殘積物。也有人把被搬運(yùn)后再堆積的風(fēng)化產(chǎn)物稱堆積風(fēng)化殼。風(fēng)化殼尤其是厚層風(fēng)化殼的形成必須具有兩個(gè)基本條件：一是有利于風(fēng)化作用持續(xù)進(jìn)行的氣候、巖性和構(gòu)造條件，如高溫多雨，溫度較差大，巖石多節(jié)理、裂隙，構(gòu)造破裂顯著等；二是有利于風(fēng)化產(chǎn)物殘留原地的地貌、植被、水文與水文地質(zhì)條件，如地勢(shì)起伏和緩，地貌較穩(wěn)定，植被覆蓋度高，地表流水侵蝕較弱，地下水流動(dòng)顯著且地下水位較低等。

風(fēng)化殼的基本特征主要有：

① 由于各地風(fēng)化作用強(qiáng)度與風(fēng)化產(chǎn)物就地殘留的條件不同，風(fēng)化殼空間分布上呈不連續(xù)性，厚度差異也很大，厚者可達(dá)100~200 m，薄者不足1m；

②組成物質(zhì)以黏土和碎屑主，也可包括少量殘存液體；

③結(jié)構(gòu)疏松，表層分散性強(qiáng)，分解程度高，粒徑細(xì)，中下層相反，但不具有類似沉積巖的層理；

④發(fā)育和保存均較好的風(fēng)化殼，可以劃分強(qiáng)度風(fēng)化、中度風(fēng)化和微風(fēng)化三個(gè)層帶。

以紅色風(fēng)化殼為例，強(qiáng)度風(fēng)化帶氧化作用強(qiáng)，代表性穩(wěn)定礦物鐵鋁氧化物，黏土礦物主要是高嶺土，顏色棕紅、有新生塊體和鐵質(zhì)化現(xiàn)象。中度風(fēng)化帶位于強(qiáng)度風(fēng)化帶之下，水呈垂直運(yùn)動(dòng)，氧化及淋濾作用較弱，但水解作用強(qiáng)，為高嶺土及過(guò)渡性黏土礦物組成的夾碎屑黏土層。微風(fēng)化帶接近母巖并為潛水層，水化和淋濾作用強(qiáng)，黏土礦物以水云母、綠泥石為主，本質(zhì)上仍屬疏松巖石。

2. 風(fēng)化殼基本類型及其分布

高溫多雨的熱帶、亞熱帶地區(qū)，風(fēng)化作用可全年進(jìn)行，礦物分解最徹底，風(fēng)化殼厚度最大，代表性風(fēng)化產(chǎn)物為鐵錳氫氧化物、鋁的氫氧化物和高嶺土類新生黏土礦物，K、Na、Ca、Mg 和SiO，淋失強(qiáng)烈。富鋁型酸性風(fēng)化殼和硅鋁鐵型酸性風(fēng)化殼典型的風(fēng)化殼類型。前者主要分布于熱帶，鋁、鐵高度富集，并可形成鐵、鎳風(fēng)化礦床。后者廣泛分布于熱帶、亞熱帶，鋁、鐵分離不及前者顯著，硅與鋁形成高嶺士類黏士礦物。以花崗巖為母巖的風(fēng)化殼常形成優(yōu)質(zhì)高嶺土及稀土元案風(fēng)化礦床，以石灰?guī)r石為母巖的風(fēng)化殼則質(zhì)黏、少硅、多鋁，下層含鈣質(zhì)。

溫帶森林帶的水熱狀況均不如熱帶、亞熱帶，水分循環(huán)、生物循環(huán)、淋濾作用相對(duì)減弱，僅堿金屬與堿土金屬淋失較強(qiáng)，其他陽(yáng)離子很少淋失，總體上屬中度化學(xué)風(fēng)化、代表性產(chǎn)物為高嶺土類黏土礦物。風(fēng)化殼較薄，含褐鐵礦、顏色棕或黃，多屬硅鋁黏土型弱酸性風(fēng)化殼類型。

半濕潤(rùn)、半干旱森林草原與草原帶淋溶作用較弱，水的垂直運(yùn)動(dòng)自上而下與自下而上交替進(jìn)行，廣泛發(fā)育碳酸鹽型中性至微堿性風(fēng)化殼，色淺，層薄，含鈣質(zhì)、硅鋁鐵氧化物、蒙脫石類黏土礦物、黃土和少量巖屑，化學(xué)風(fēng)化輕至中度。

干早區(qū)化學(xué)風(fēng)化更弱而物理風(fēng)化增強(qiáng)，僅有氯離子、部分陽(yáng)離子與硫酸根離子流失，鈣鎂碳酸鹽聚積顯著并十分穩(wěn)定，主要黏土礦物為伊利石與蒙脫石。風(fēng)化殼色淺，層更薄，多碎屑，富鹽類，呈堿性。

高寒區(qū)與極旱荒漠區(qū)物理風(fēng)化占統(tǒng)治地位而化學(xué)風(fēng)化極微弱，典型風(fēng)化殼為殘積粗巖屑型風(fēng)化売。