第一章 岩石矿物风化与土壤形成

nullnull第一章 地学基础知识null第一节 地质作用与地形 地球的陆地表面由各种各样的地形地貌构成，如高山、峡谷、平原、盆地、丘陵等 。自然界为什么出现千奇百怪，各种各样的地形地貌呢？ 自然界所出现的这些地形形态，总的说来是由于自然的力量在不断地改变着地球面貌的结果，而引起地球面貌发生改变的这种作用，就是我们所说的地质作用。使地壳发生变化的力量，称为地质营力。 地质作用根据能力的来源不同，分内力作用和外力作用两类，或称内、外营力。 一、地质内力作用和地形 内力作用主要表现为地壳的升降运动，地壳的褶皱和断裂运动，火山的喷发和地震等。 内力作用的结果，造成了地表高低崎岖的地形和岩层的各种构造形态。 （一）地壳的升降适动 地壳长期地进行着缓慢地上升或下降的垂直运动，这种运动经常导致了海陆轮廓的改变。null长 江 三 峡null张家界奇观null沙 漠 景 观null美丽的高山湖泊null珠穆朗玛峰大峡谷nullnull（二）地壳的褶皱运动 褶皱运动是一种使原来水平或近乎水平层位的岩层，变成褶皱并且隆起成为山脉的运动。 褶皱变动的基本单位是褶曲，褶曲就是岩层的一个弯曲。褶曲的基本形式是背斜和向斜，每一个背斜或向斜就是一个褶曲。背斜在外形上是一个中部向上拱起的一个弯曲，向斜是一个中部向下拗陷的弯曲。 （三）地壳的断裂变动 地壳表面的岩层当受到力的作用之后，除去发生褶皱运动以外，还伴随着产生了断裂和错动现象，致使岩层的连续完整性受到破坏。断裂变动分两大类，一类是没有发生位移的断裂，另一类是沿着裂隙有显著位移的断裂。前一类叫节理，后一类叫做断层，地壳的断裂变动主要是断层造成的。 断层 根据上盘与下盘相对位移的实质，断层可分为三种： 正断层 上盘下降，下盘上升。 逆断层 上盘上升，下盘下降。 横断层 上下盘只在水平方向上的错动，无垂宜的移动。 null　　背斜及向斜示意图null各种断层图：1正断层　2逆断层　3阶状断层　 4地垒　　5地堑　　平推断层null（四）常见的内力作用地形 1．平原 平原是指的那种地面起伏微弱的广阔的平地。 （1）高原 地面的海拔高程在600米以上，如我国的黄土高原、青藏高原等． （2）高平原 地面海拔高程约200—600米，如四川西部的成都平原海拔约500—600米。 （3）低平原 地面海拔高程约0—200米，如我国东部的松辽平原、华北平原、长江中下游平原等。 （4）洼地 地面绝对高程在海平面以下，如新疆的吐鲁番低地。 2．山地 山地是四周都被平地环绕的孤立高地，在山地与周围平地的交界部分，有一明显的坡度转拆地段。 山是由山顶、山麓和山坡三个部分组成的。山的最高处称为山顶，山顶的形态有平的、圆的和尖的。山的最下部，即与平原的交界处，一般称为山麓。自山顶到山麓的倾斜地面，则称为山坡，山坡的形态有平直的、凹形的、凸形的，或者是复式的。 山岭 是具有陡峭的山坡和明显分水线的，成线状延伸的山地。山岭的顶部称为山脊。 山脉 是若于条走向平行的山岭组成的山地系统称为山脉。如我国的阴山山脉、秦岭山脉、喜马拉雅山脉等。 山系 包括若干条山脉的山地系统，称为山系。如天山山系。 山地依据其海拔高程，又可将其划分为极高山、高山、中山及低山等类型。丘陵主要以相对高程为准则，只要相对高程在100米以下者，都称为丘陵。 null平原和高原 nullnull二、地质外力作用和地形 地质的外力作用是向着与内力作用相反的方向进行，各种外营力均在雕刻着地表，侵蚀着和破坏着地势高低的基本形态和地壳构造。外力作用的总的趋势是要削平大山和高原，并且将破坏它们所产生的物质，搬到低的地方堆积起来，以消弥地球表面高低崎岖的地形。外力作用主要是通过流水、冰川、风和海流等作用进行的。 （一）流水的地质作用和地形 由地表流水所形成的各种地形，统称为流水地形。地表流水是最主要的形成地形形态的作用力之一。它在流动过程中，不仅能侵蚀地表，形成各种侵蚀沟谷，同时又把被侵蚀的物质沿途堆积，形成各种各样的堆积地形。 地表流水主要来自大气降水。此外，地下水、溶雪或溶冰等也能补给。 1、斜坡水流的侵蚀作用和地形 （1）片状水流 （2）股流 2、暂时洪流的侵蚀作用和地形 在干枯无水的沟谷中，仅暴雨或大量积雪迅速溶化后，于转瞬间方有洪流通过，此种水流即称为暂时洪流。null　　　　　　河谷的地形组成部分图 　　　1、河床　2、河漫滩　3、谷坡　4、阶地null3．地表暂时性水流和侵蚀沟 地表暂时性水流即在降雨和溶雪、溶冰后于地表形成的水流。地表水流沿斜坡低凹地形汇集流动时，则水流的流量增大，流速加快，侵蚀、破坏能力加强，结果在坡地上便形成了无数的小沟。 地表暂时性水流所冲蚀成的大小冲沟通称为侵蚀沟， 4．河流的地质作用和地形 （1）河流的概念及其侵蚀作用 经常性的流水沿着地表的线状凹地流动者称为河流．河流普遍地分布于不同的自然地带，是改造地表地形的最主要的地质营力。 河床 平水期河水所占据的谷底，或称河槽。 河漫滩 洪水期方能淹没的浅滩。 谷坡 河谷两侧的岸坡。 砂洲 由松散沉积物构成，常年出露在河水之上的河心洲岛。 阶地 古河谷底部所构成的沿河平台，常年性的洪水巳不能淹没， 河流的侵蚀作用是通过下切侵蚀、向源侵蚀及侧方侵蚀作用三个方向进行的。 null（2）平原河流地形及冲积物 平原常为新构造运动的下沉地区，平原河流多以堆积作用为主，河流在其自身堆积的松散冲积层中发育，水流得以自由摆动以塑成适应其水力和泥沙条件的河床形态。 ①弯曲型河流 ②微弯型河流 ③游荡型河流 （3）山地河流地形及冲积物 在山地和丘陵地区，由于复杂的地质构造和坚硬的岩层的影响，河床的演变不再单纯地由水流和泥沙因素所控制。 ①河谷地形宽谷与峡谷 宽谷与峡谷是山间河谷的主要形态特征之一，二者于沿河是呈交替状态分布的。 ②山间河流的冲积物 上部的河漫滩常是砂土，下部的河床常是砾石层 （4）河流阶地 阶地是在河谷谷坡上发育的一种阶梯状地形，它高出于河漫滩，洪水时河水也不能淹没。 河流阶地的存在说明河流曾经在阶地面上流过，阶地面曾经是河谷的谷底，由于地壳的隆起，河床抬高，坡降增大，致使河流下切，并把原有的谷底抬升到一般的洪水位之上，形成阶地。 由下往上分为一级、二级、三级等 阶地。 null（二）地下水的地质作用和地形 1、地下水的一般概念和地下水类型 地下水是指存在于土壤和各种基岩孔隙、裂隙或洞穴等空间里的水。地下水的主要来源是大气降水（雨、雪等），大气降水降落到地表以后，通过土壤的孔隙，岩石的裂隙、洞穴等通道，保存或渗到地下形成地下水。 2.地下水的溶蚀作用与岩溶（喀斯特）地形 地下水是地质作用的重要地质营力之一，它存在于岩石的孔隙或裂隙之中。 （1）溶沟和石芽 流水沿着易溶岩石的表面或裂隙流动，使岩石表面形成石质的沟槽，即溶沟。 （2）溶蚀漏斗 地表水沿着岩石的裂隙向下流动，使裂隙逐渐扩大而成漏斗状的地形，称溶蚀漏斗。 （3）落水洞 落水洞是联接地表水流和地下暗河的垂直管道。一般深约数米至数十米，最深的可达100米以上。 4）溶蚀洼地 溶蚀洼地是指溶蚀作用所形成的小型封闭洼地，面积一般数平方公里至数十平方公里，平面形态多呈圆或椭圆形，其长轴常沿构造线而发育。 （5）溶洞 溶洞是大型的地下管道，多沿层面裂隙、断层或其他构造裂隙发育，它常是水平循环带的产物，是地下暗河的水平通道。 （4）溶蚀洼地 溶蚀洼地是指溶蚀作用所形成的小型封闭洼地，面积一般数平方公里至数十平方公里，平面形态多呈圆或椭圆形，其长轴常沿构造线而发育。 null（三）冰川的地质作用和地形 1．冰川的一般概念 冰川又称冰河，是雪线以上地带大量降雪聚集而成。冰川受上部重力作用就沿山坡向下运动，冰川过了雪线，厚度逐渐减小，最后即行消失。冰川运动一般很慢，每年从几米到几十或几百米，也有较快的，如喜马拉雅山的几条大冰川，每年可以运动700一1000米。 冰川流动对地面有很大的挖掘力，对河床有很大的磨削力。 2．冰川地形 （1）冰川侵蚀地形 ①冰斗 在冰冻风化作用下形成的低凹地形，三面为悬崖所包围，似罗圈椅状，称冰斗谷。 ②冰川谷 冰川沿河谷流动所形成的槽，呈“U”字形，谷底平缓，两壁陡削，称冰川谷。 （2）冰川堆积地形 由冰川直接聚集起来的堆积物，称为冰碛。 另有冰水沉积物。 （四）风的地质作用和风成地形 1．风的地质作用 风的地质作用表现为气流沿着地表活动时，对地面物质的吹蚀、磨蚀、搬运和堆积的作用，这些作用统称为风的地质作用。 1）风蚀作用 风蚀作用包括吹蚀作用和磨蚀作用。（2）风的搬运作用 地面的碎屑物质在风的作用下不断地发生悬移、跃移和蠕移运动，使部分物质由原地转移至它处的作用，称为搬运作用。 （3）风的堆积作用 风所搬运的碎屑物质，由于条件的改变而发生的堆积过程，就是风的堆积作用。 null2．风蚀地形 （1）岩漠 干旱地区，地势较高的地带，因风的剥蚀及物理风化和洪流的侵蚀作用，形成基岩裸露、地面起伏不平、植物稀少的地区，称之岩漠。 （2）石漠 或称砾漠，蒙语称戈壁。它是干旱地区，地势起伏平缓，地表几乎全部为粗大的砾石和石块所覆盖的地带。 3．风积地形 由于风的堆积作用所形成的凤积地形上构成的地形称为风积地形。 地表在大范围内被风积砂所覆盖的地区，称为砂漠。 （1）新月形砂丘 （2）砂垄 （五）黄土和黄土地形 1．黄土的概念 黄土是我国北方劳动人民长期以来对当地黄渔土状堆积物的惯用名称。一般认为，黄土是由风力搬运、堆积形成的，以粉砂为主，质地均一，含钙质结核，无层理，具大孔隙，垂直节理显著，是没有被固结的黄色堆积物。 2．黄土地形 黄土广泛地分布在山前低地或盆地内，由于黄土的堆积减缓了基底地形的起伏，构成了平原或高原地形，再经流水的侵蚀则演变成黄土丘陵。 此外还发育着各种次一级的地形形态。按其成因可分为黄土侵蚀地形和黄土溶蚀地形两种基本类型。nullnullnull第二节 成土岩石 岩石 是一种或几种矿物组合而成的自然集合体。岩石都有一定的矿物组成，结构和构造。 自然界的岩石 按成因 可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。 一、岩 浆 岩 岩浆岩是地球内部岩浆侵入地壳或喷出地表冷凝形成的岩石。 岩浆岩的类型: 岩 浆 岩侵入岩 喷出岩 深成岩 浅成岩 null岩浆岩的结构: 指岩石中矿物的颗粒大小、结晶程度与结合方式 . 分为：全晶质等粒结构、斑状结构、隐晶质（致密状）结构和玻璃质结构 。 岩浆岩的构造: 指岩石各组成矿物的排列方式和填充方式所赋予岩石的外貌特征。分为：块状构造，如花岗岩；流纹状构造，如流纹岩；气孔状构造，如玄武岩，和杏仁状构造 。null主要的岩浆岩 酸性岩 SiO2含量在65％以上 如花岗岩,流纹岩 中性岩SiO2 含量52％～65％ 如闪长岩,安山岩 基性岩SiO2 含量45％～52％ 如辉长岩,玄武岩 超基性岩 SiO2含量小于45％ 如橄榄岩 脉 岩 如伟晶岩 null侵入性岩浆岩喷出性岩浆岩玄武岩花岗岩null二、沉 积 岩 沉积岩是由地壳表面早期形成的岩石经风化、搬运、沉积、压实、胶结硬化而形成的岩石。一般分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。 沉积岩的结构 指沉积颗粒的大小和形状。 以颗粒大小分为: 砾状结构 (如砾岩),粒状结构(如沙岩),中粒状结构(如沙岩) 以颗粒形状分为: 角砾状结构，颗粒有棱角(如角砾岩)，圆滚状结构，颗粒无棱角(如砾岩) 沉积岩的构造 指沉积物空间分布的相互关系。主要有层理构造，层面构造等 主要的沉积岩 : 角砾岩,砾岩,砂岩， 页岩,石灰岩 nullnull变 质 岩 : 原来存在的岩石在新的地壳变动或岩浆活动产生的高温、高压下，使岩石的矿物重新结晶，重新排列，改变其结构、构造和化学成分，而形成的新岩石，称变质岩。 变质岩的结构 : 主要有斑状变晶结构、粒状变晶结构、鳞片状变晶结构。 变质岩的构造 块状构造，岩石中的矿物无定向排列，均匀分布在岩石中形成不规则的块状体，如石英岩； 片理构造，片状矿物受力的作用而平行排列，并沿平行方向易于裂开，如各种片岩； 片麻状构造，片状矿物与粒状、块状矿物呈断续的平行相间排列，如片麻岩。 主要的变质岩: 岩片,麻岩,石英,岩板岩,结晶片岩,千枚岩,大理岩。nullnull第三节 造岩矿物 矿物质是构成土壤的基本物质，又是植物矿质营养的源泉，是全面影响土壤肥力高低的一个重要因素。 土壤中的矿物质来自岩石的风化物。而岩石又是由矿物组成的，不同的矿物构成不同的岩石。不同的岩石经过风化作用，形成土壤中的矿物质。所以矿物能影响土壤的理化性质和土壤养分状况。 一、矿物的概念 矿物是地壳中的化学元素在各种地质作用下形成的自然产物，是岩石的组成单位 。 矿物都具有一定的化学成分和物理性质，并以各种形态（固态、液态、气态）存在于自然界中。 矿物可以是单一元素所组成的，也可以是几种元素组成的化合物。 形成岩石的矿物称为造岩矿物。自然界的矿物绝大多数是固态，少数为液态或胶体状态。 null（一）原生矿物和次生矿物 矿物按成因可分为原生矿物和次生矿物. 1．原生矿物 由地壳深处熔融状态的岩浆冷凝固结而形成的矿物称原生矿物。如石英、长石、云母、辉石、角闪石等。 2．次生矿物 原生矿物经物理、化学风化作用，组成和性质发生化学变化，形成的新矿物称次生矿物。如方解石、高岭石等。 （二）结晶矿物和非结晶矿物 固体矿物按其内部构造不同，分为结晶质和非结晶质两种。 1．结晶矿物 指各种原子在三维空间有序地重复排列的矿物。 2．非结晶矿物(又称无定形矿物) 指原子作无序或短程有序排列，无法用X射线或电子衍射检测其晶体结构的矿物或其他固态物质,如蛋白石等。null二、矿物的物理性质 （一）颜色 颜色是鉴定矿物的重要特征之一。 根据矿物呈色的原因，分为自色、他色和假色三种。 （二）条痕 条痕就是矿物粉末的颜色，将矿物在未上釉的瓷板上进行刻划，其留下的粉末痕迹就是条痕，条痕色可以消去假色，减弱他色，保存自色，所以条痕比矿物本身呈现的颜色更为固定，因而更具有鉴定意义。 （三）光泽 光泽是矿物表面对光线反射所呈现的光亮。矿物的光泽可分为金属光泽、半金属光泽和非金属光泽. （四）硬度 矿物抵抗外力摩擦或刻划的能力称为硬度。 （五）解理和断口 矿物受外力作用后，沿着一定方向的平行面裂开，这种现象称为解理，而裂开后形成的光滑平面则称为解理面。如矿物受外力作用后，不沿一定的方向裂开，而是破裂成不平坦、不规则的断面，则称之为断口。 解理分完全解理和不完全解理。断口可按形状分为：贝壳状、锯齿状（纤维石膏）、参差状（黄铁矿）、土状(高岭石）及平坦状（蛇纹石）断口。null解理按其完善程度分为： 极完全解理 如云母完全解理 如方解石中等解理 如普通辉石 null不完全解理，如磷灰石、锡石 等极不完全解理 ，如石英null三、主要的造岩矿物及其特性一般为白色透明，含有杂质时呈其他颜色 。石英是最主要的造岩矿物，分布最广，为酸性岩浆的主要成分，在沉积岩和变质岩中也常见。石英在岩石中常呈不透明或半透明晶粒状，烟灰色，油脂光泽。石英的伴生矿物是云母、长石。石英硬度大，化学性质稳定，不易风化，岩石风化后，石英形成砂粒，含砂粒多的土壤，含盐基少，形成的母质养分一般贫乏，酸性也较强。 石 英null正长石 KalSi3O8 晶体短柱状，肉红色、浅黄色、浅黄红色等，玻璃光泽，完全解理，硬度6.0。正长石在岩石中呈晶粒，长方形的小板状，板面具有玻璃光泽。伴生矿物为石英、云母等。正长石易风化，风化后形成粘土矿物高岭石等，可为土壤提供大量K养分。正长石类矿物一般含氧化钾16.9％。null斜长石 Na（AlSi3O8）·Ca（Al2Si2O8） 常呈板状和柱状晶体。白色或灰白色。玻璃光泽，完全解理，硬度6．0～6．5。在岩石中多呈晶粒，长方形板状，白色或灰白色，玻璃光泽。伴生矿物主要是辉石和角闪石。斜长石比正长石容易风化，风化产物主要是粘土矿物，能为土壤提供K、Na、Ca等矿物养分。null白云母KH2Al3Si3O12 常见片状、鳞片状。白云母无色透明或浅色（浅黄、浅绿）透明。极完全解理，薄片具有弹性，珍珠光泽，硬度2．0～3．0。 白云母较难风化，风化产物为细小的鳞片状，强烈风化后能形成高岭石等粘土矿物。黑云母KH2（Mg，Fe）3AlSi3O12深褐色或黑色，其他性质同白云母。 黑云母主要分布在花岗岩、片麻岩和结晶片岩中，伴生矿物是石英、正长石等。黑云母较白云母易于风化，风化物为碎片状。云母类因化学成分不同而分为白云母和黑云母。 null角闪石呈细长柱状，深绿至黑色，玻璃光泽，完全解理，硬度5.0～6.0,角闪石主要分布在岩浆岩和变质岩中的片麻岩和片岩中。在岩石中呈针状或纤维状。伴生矿物为正长石、斜长石和辉石，角闪石易风化，风化产物为粘土矿物。 普通角闪石 Ca（Mg，Fe）3Si4O12null呈短柱状、致密块状，棕至暗黑色，条痕灰色，中等解理，硬度5．5。辉长岩和玄武岩中，在岩石中多呈晶粒状。伴生矿物为角闪石、斜长石、辉石等，较角闪石难风化，风化物为粘土矿物，富含Fe。辉石 Ca（Mg，Fe）Si2O6普通辉石null橄榄石呈粒状集合体出现，橄榄绿色，玻璃光泽或油脂光泽。橄榄石为超基性岩的主要组成矿物，伴生矿物为斜长石、辉石，不与石英共生，易风化，风化产物有蛇纹石、滑石等。 蛇纹石呈污绿色，玻璃光泽或油脂光泽，断口上有时呈蜡状光泽，比重2．5，硬度2．0～4．0。橄揽石（Mg，Fe）2SiO4 null绿泥石种类多，成分变化大，结晶体呈片状、板状，一般呈鳞片状存在。暗绿色至绿黑色。完全解理，玻璃光泽至珍珠光泽。绿泥石由黑云母、角闪石、辉石变质而成。存在于变质岩中，如绿泥石片岩。较难风化，风化物为细粒。绿泥石（Mg，Fe）5Al（AlSi3O10）（OH）8null方解石为次生矿物，呈菱形，半透明，乳白色，含杂质时呈灰色、黄色、红色等，完全解理，玻璃光泽。与稀盐酸反应生成CO2气泡。无色透明者称冰洲石。方解石分布很广，是大理岩、石灰岩的主要矿物，常为砂岩、砾岩的胶结物，也可在基性喷出岩气孔中出现。方解石的风化主要是受含CO2的水的溶解作用，形成重碳酸盐随水流失，石灰岩地区的溶洞就是这样形成的。方解石 CaCO3 null白云石是由方解石、菱美矿结合而成，呈弯曲的马鞍状、粒状、致密块状等，灰白色，有时带微黄色，玻璃光泽，性质与方解石相似，但较稳定，与冷盐酸反应微弱，只能与热盐酸反应，粉末遇稀盐酸起反应，这是与方解石的主要区别。白云石是组成白云岩的主要矿物，也存在于石灰岩中。风化物是土壤Ca、Mg养分的主要来源。白云石 CaCO3·MgCO3null磷灰石呈致密块状、土状等。灰白、黄绿、黄褐等色，不完全解理，硬度5.0。在矿物上加钼酸铵，再加一滴硝酸即有黄色沉淀生成，这是鉴别磷灰石的主要方法。磷灰石以次要矿物存在于岩浆岩和变质岩中。较难风化，风化产物是土壤磷养分的重要来源。磷灰石 Ca5（PO4）3·（F，Cl）null石膏呈板状、块状、无色或白色。玻璃光泽或丝绢光泽。硬度2．0，是干旱炎热气候条件下的盐湖沉积。常作土壤改良剂。 石膏 CaSO4·2H2O8null第四节 岩石矿物的风化和风化产物null图2-4 不同地理环境中次生矿物形成的一般模式null 土壤矿物主要来自成土母质或母岩，是土壤的主要组成物质。土壤矿物构成了土壤的“骨骼”，它对土壤组成、性状和功能具有巨大的影响。按照发生类型可将土壤矿物划分为原生矿物、次生矿物、可溶性矿物三大类。4.1 土壤矿物土壤矿物质的组成土壤矿物质的组成4.2 土壤原生矿物的风化和次生矿物的形成4.2 土壤原生矿物的风化和次生矿物的形成1.土壤原生矿物的概念； 2.主要的土壤原生矿物类型为硅酸盐和铝硅酸盐，包括石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石等； 3.原生矿物稳定性不同，风化后成为母质和植物养分的重要来源。null原生矿物 (primary mineral) 直接来源于母岩特别是岩浆岩。其中包括铝硅酸盐类、长石类矿物、云母类矿物、橄榄石类矿物、辉石与角闪石类矿物、氧化物类、硫化物类和磷灰石类，如图2-2所示。原生矿物的风化过程不仅在时间上有阶段性，在空间上也有地带性，如图2-3所示。 3）种类的细分 （1）硅酸盐、铝硅酸盐类矿物：在土壤的原生矿物中硅酸盐、铝硅酸盐占绝对优势，一般为晶质矿物。 ①长石类：长石类矿物占地壳重要的50-60%，占土壤重量的10-15%，其代表矿物是呈粉红色或红色的正长石，钠长石和钙长石较少见。 ②云母类 ：常见的有白云母和黑云母。 ③橄榄石类 ：此类矿物是铁、镁比例不定的正硅酸盐类，极易风化。 ④辉石、角闪石类 ：此类矿物属偏硅酸盐类，为暗绿色和黑色的暗色矿物。 (2)氧化物类矿物 二氧化硅是土壤中分布最广泛的矿物之一，二氧化硅是极稳定的、不活泼的矿物，实际上它是土壤的基底物。 (3)硫化物类矿物 土壤中只常见铁的硫化物矿物，即黄铁矿和白铁矿，两者为同质异构物，分子式均为FeS2，是土壤中硫的主要来源。 (4)磷酸盐类矿物 其成分主要为氟磷灰石和氯磷灰石两种。null图2-2 土壤矿物的风化及稳定性序列图 土壤矿物的形成与转化土壤矿物的形成与转化1、土壤矿物质的风化过程 风化作用是地球表面或近地球表面的岩石在大气圈各种营力作用下所产生的物理化学变化。岩石发生物理和化学的变化称为风化。或者：地壳表层的岩石，在大气和水的联合作用以及温度变化的生物活动的影响下，所发生的一系列崩解和分解作用。 2、岩石矿物风化作用的类型 由于作用因子的不同，岩石风化作用过程的特点各异，可分为物理风化，化学风化和生物风化三大类型。null岩石矿物的风化过程1）物理崩解作用 指岩石在外力的影响下，机械地破裂成碎屑，只改变大小与外形，而不改变化学成分的过程。 （1）岩石一般是热的不良导体，热的传递很慢，白昼岩石表面升温快而膨胀，内部温度仍然很低，于是岩石内外之间出现温差及胀缩不一致便产生裂隙，夜晚反过来。 （2）岩石由不同的矿物颗粒组成，不同矿物的膨胀系数不同，比热不同，颜色深浅不同，接受热量不同，当温度反复变化时，产生颗粒之间的胀缩差异，造成岩石崩溃。null 岩石的层状剥落示意图null引起物理风化作用的因素很多，主要有： ★ 热力作用 岩石受热后引起表层和内部热胀冷缩不同引起。 ★ 冰劈作用 进入岩石裂缝中的水反复融化与冻结，对岩面产生劈裂作用而引起。 ★ 风和流水的作用 主要风和流水把岩石表层剥落的碎屑吹走、冲走及磨蚀。 ★ 冰川作用 冰川底部和两侧的岩石会受到冰川的压力和磨蚀作用而破碎。 ★ 卸荷作用 指由岩石卸荷释重而引起的剥离作用。在花岗岩分布区最为常见。 （二）化学风化作用 （二）化学风化作用 岩石和矿物在大气，水及生物的相互作用下发生的化学成分和矿物组成的变化，称化学风化。 引起化学风化作用的主要因素有 ●溶解作用 指岩石矿物溶解于水的作用。 ●水化作用 指水分子与矿物化合生成含水矿物的化学作用。 ●水解作用 指矿物与水发生反应而分解的作用。 ● 氧化作用 岩石中的很多矿物都能被自然界的氧氧化生成新矿物。 ● 碳酸化作用 碳酸与岩石中的金属离子发生反应形成碳酸盐的作用称之为碳酸化作用。这种现象在石灰岩地区最为常见。化学风化化学风化2）化学风化 指岩石在外界条件的影响下，引起化学成分的改变，产生新的物质的过程 。 (1)水的作用 ①水化作用 通常矿物经水的作用后，硬度降低，体积增加，溶解度增加。 ②溶解作用 水是一种极性溶剂，岩石中的矿物都是无机盐，在水中多少都能溶解一些，绝对不溶于水的无机物质，在自然界是不存在的。 例如云母，看起来很难溶解，但1份重量的云母可溶于340000份重量水中。 地表的水还常常溶有CO2 ，NO2及有机酸等物质，这大大提高了它的溶解能力。 据估计，地球上所有的河流，每年把溶解状态的盐类带入海洋的量，多达40亿公斤。 化学风化化学风化③水解作用 ：指水解离出H+对矿物的分解作用。是化学分解的主要作用，可使矿物彻底分解。分解过程可分为： 脱盐基阶段：即H+ 交换出矿物中的盐基离子形成可溶性盐而被淋溶的过程，可图示为（以正长石为例）： 2K2AI2Si6O16+HOH→KHAI2Si6O16+KOH KHAI2Si6O16+HOH = H2AI2Si6O16+KOH 脱盐基阶段：即矿物中硅以游离硅酸形式被析出并开始淋溶的过程 H2AI2Si6O16+5HOH = H2AI2Si2O8+4H2Si03 富铝化阶段：即矿物被彻底分解、硅酸盐继续淋溶而氢氧化铝相对富集的过程。 H2AI2Si2O8+4HOH = 2AI（HO）3+2H2Si03化学风化与生物风化化学风化与生物风化（2） CO2 的作用 溶解在水中的CO2成为H2CO3 ，可以分解岩石，称做碳酸化作用，CO2主要是增强水的作用。如当水中含H2CO3时，对碳酸盐的溶解力比纯水可增加几十倍。 (3)氧化作用 矿物质中的一些非氧化态矿物，最容易发生氧化，促使矿物分解，同时使被氧化矿物活化，从而促使其发生迁移转化，如黄铁矿。 3）生物风化 生物及其生命活动对岩石、矿物产生的破坏作用称为生物风化。实际上表现为物理的与化学的两种形式。 生物风化主要对岩石的风化起促进作用。 （1）根系穿插，穴居动物如田鼠，蚯蚓的挖掘等，促进了物理风化， （2）生物活动所产生的各种有机酸（如细菌作用所产生的腐殖酸），无机酸（如固氮菌产生的硝酸，硫化菌产生的硫酸）等极大促进了矿物的溶解、水解过程，加速了化学风化。null(T为年均气温/℃，R为年均降水量/mm) 图2-3 中国地表风化壳及风化类型分异断面图 （矿物风化空间地段性）（三）生物风化作用（三）生物风化作用岩石和矿物在生物影响下发生的物理和化学变化称生物风化作用。生物风化作用主要有两个方面： 1．生物的机械破碎作用 由生物的生命活动引起的岩石机械破碎作用(物理风化)。例如：根劈作用。 2．生物的化学分解作用 有些生物在生命活动中靠分泌酸类物质分解岩石，从中吸取营养物质。 ▲▲上述3种风化类型之间相互影响，相互联系,只是在不同的外界条件下各有侧重。 影响土壤矿物风化的因素影响土壤矿物风化的因素土壤矿物的组成 矿物化学成分越复杂，较易于物理风化，化学分解也较复杂。 水分和温度、pH、Eh等。 一般随温度、湿度和酸度的增加，矿物的化学风化程度增强。 生物因素，影响见前。null 1. 岩石矿物本身的性质。 包括岩石的成分、颜色深浅、粒级组成，有无层理、片理结构及垂直节理等。 2. 岩石所处的环境条件。主要有气候带、植物的盖度、地形条件等。4.3 影响风化作用强弱的因素null地 壳 物 质 循 环土壤矿物风化强度指数土壤矿物风化强度指数1）原理 土壤矿物质脱盐基，脱硅，富铁铝化的程度，可表明其分解迁移的强度。 2）矿物风化程度的量度指标：土壤学中采用土体中某些化学元素被淋溶的程度来表示风化强度。 硅铁铝率：即SiO2/R2O3摩尔数比率。该值小，表明脱硅富铝化过程强。 迁移系数：Km=（任一土层的x/AI2O3）/（母质（岩）层中x/AI2O3 ） x代表K、Ca、Na、Mg、Fe等元素。 Km小于1表示该元素在该土层有淋溶，反之有富集。 以AI2O3 为是因其为土壤中最为稳定的的化合物。土壤矿物风化强度指数土壤矿物风化强度指数风化指数：Jackson按矿物在环境中的稳定度由小到大划分为13级，称为稳定指数。次生矿物次生矿物原生矿物在风化和成土过程中新形成的矿物称为次生矿物，它包括简单盐类、次生氧化物和铝硅酸盐类。它们是土壤矿物中最细小的部分，具有活动的晶格、呈现高度分散性，并具有强烈的吸附代换性能、能吸收水分和膨胀，因而具有明显的胶体特性，又称为黏土矿物。如图2-4、 2-5、2-6、2-7、2-8所示。次生矿物次生矿物许多次生矿物是在原生矿物分解过程中，因晶体结构尚未完全解体而降解形成的新矿物。一个系列为： 具体分解过程见下图 null图2-4 不同地理环境中次生矿物形成的一般模式次生矿物的类型次生矿物的类型次生铝硅酸盐矿物的类型及性质次生铝硅酸盐矿物的类型及性质结论 结构决定性质。 如：晶层联系强－晶层距离不变－胀缩性低－吸水性弱－可塑性差－内表面小－同晶替代少－阳离子交换量低。null图2-5 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图 null图2-6 铝硅酸盐类矿物的基本结构单元示意图 null图2-7 1:1型高岭石类晶体结构模型图 null图2-8 2:1型蒙脱石类晶体结构模型图 null 在中国次生矿物分布的地带性表现为： 新疆、甘肃西部和内蒙古西部为水云母地带； 内蒙中部、黄土高原北部和东北西部为水云母-蒙脱石地带； 华北大部和东北平原为水云母—蛭石地带； 北亚热带湿润区为水云母-蛭石-高岭石地带； 江南丘陵、四川盆地及云贵高原为高岭石-水云母地带； 华南及云南南部为高岭石-二三氧化物地带。 null 在相同的外界条件下，不同的矿物和岩石表现出风化的难易程度不同，这是由于矿物、岩石本身内在的化学组成、结晶构造不同而造成的。地壳岩石中最普遍的矿物是原生硅酸盐类和石英，它们的化学结构中的基本单位是硅氧四面体。矿物岩石的成分、结构及其稳定性null硅所硅氧四面体的顶视图 硅氧四面体的顶视图硅硅氧四面体构造的侧视图示null 铝氧八面体顶视图示铝氧八面体构造的侧视图示null 硅氧四面体的联结主要有以下几种类型：（一）岛状结构 （二）单链结构 （三）双链结构 （四）层状结构 （五）架状结构 null 总的来看，矿物抵抗风化的能力和稳定性的大小，主要和四面体的连接程度、盐基性强弱四面体与铝氧四面体的相对含量有关。原生硅酸盐矿物稳定性的实际情况和上述原一致的。 null 这种四面体相互联结的程度与矿物的稳定性有密切关系。从硅氧四面体的联结程度来看，矿物稳定性大小，即风化难易的次序是： 架状结构 ＞ 层状结构 ＞ 双链结构 ＞ 单链结构 ＞ 岛状结构 （石英、长石）（云母、滑石） （角闪石） (辉石) （橄榄石）粘土矿物的构造特征粘土矿物的构造特征层状铝硅酸盐的基本构造单元为硅氧四面体和铝氧八面体，二者组合为 1：1型、 2：1型 2：1：1型， 从而使土壤在性质上表现出极大的差异。硅氧四面体和铝氧八面体硅氧四面体和铝氧八面体铝氧八面体铝氧八面体1：1型粘土矿物的构造示意图1：1型粘土矿物的构造示意图2：1型粘土矿物的构造图2：1型粘土矿物的构造图2：1：1型粘土矿物的构造图2：1：1型粘土矿物的构造图硅酸盐粘土矿物的种类及特性硅酸盐粘土矿物的种类及特性我国粘土矿物的分布规律我国粘土矿物的分布规律1水云母区 2水云母 —蒙脱区 3水云母—蛭石区 4水云母—蛭石—高岭区 5蛭石—高岭区 6高岭—水云母区 7高岭区null 成土母质指岩石风化后形成的疏松碎屑物，通过成土过程可发育为土壤。可分为残积母质和运积母质。这种物质是形成土壤的基础，因此称为成土母质，简称母质。成土母质与类型一、成土母质的特性 1．表面积的增加 2．孔隙性的发展 3．植物营养元素的释放null二、成土母质形成的阶段性 根据元素的迁移情况，成土母质的形成大致经过4个阶段： 总之，成土母质虽然与岩石有了较大区别，但仍不具备土壤最基本的特性——土壤肥力，成土母质不是土壤，只是为土壤的形成提供了物质条件。 null2．钙积阶段 这一阶段大部分氯和硫已淋失，Ca、Mg、K、Na等元素大部分保留下来，有些钙游离出来，形成碳酸钙，往往沉积在碎屑孔隙内，母质呈中至碱性反应。黑钙土、栗钙土等土类的发育就停留在这一阶段。1．碎屑阶段 是岩石风化的最初阶段，物理风化占优势，化学风化不明显，只有氯和硫元素发生移动，母质中主要是碎屑物质，其成分基本上与母岩一致。 null4．铝阶段（富铝化类型） 这一阶段母质中的盐基和硅酸全部淋失，残留的只是硅和铝的氧化物，形成鲜明的红色，母质呈酸性至强酸性。我国华南的红壤、砖红壤的成土母质发育至此阶段。 3．酸性铝硅阶段（硅铝化类型） 这一阶段的母质中Ca、Mg、K、Na都受到淋失，同时硅酸盐和铝硅酸盐中的硅酸也部分淋失，母质呈酸性反应，颜色以棕或红棕色为主，黄棕壤及部分棕色成土母质的发育至此阶段。null● 坡积物 坡积物是基岩风化物被雨水或融雪水在重力作用下，沿斜坡运行，堆积在山坡和山麓的一种运积母质。肥力较高。 三、成土母质的类型● 原积物 原积物也称残积物。指基岩风化后残留于原地的物质。母质的性质受母岩影响较大，一般上层颗粒细，下层粗，逐渐过渡到母岩层 。null● 湖积物 湖积物指原湖泊底部的沉积物质，以后由于湖水位的下降或陆地上升而出露的一种母质。● 洪积物 是山洪夹杂泥沙和碎石沉积在山前谷口一带的一种运积母质。洪积母质往往形成扇形，称为洪积扇。洪积物的母质层较深厚，养分丰富，形成的土壤肥力较高。●冲积物 冲积物指被河水或山溪水搬运而沉积的物质。冲积物因流域广，成分复杂，养分也比较丰富。null● 黄土及黄土状物质 黄土是由风搬运沉积的第四纪陆相粉砂质富含碳酸钙的土状沉积物。黄土形成的土壤肥力一般较高。 ●浅海沉积物 浅海沉积物指河流携带泥沙，在海岸边沉积的物质。● 风积物 风积物是经风搬运而堆积的物质，如风成砂和黄土。形成的土壤肥力低。一般风积物多为砂丘、砂岗等。null●冰川沉积物和冰水沉积物 冰川沉积物由冰川搬运的粉砂、沙砾石和漂砾等混合的非层状沉积的物质。冰水沉积物指由冰川搬运，以后为冰川融水的水流所分选、沉积物质。在我国分布较广，但多不连续，呈小片分布。●第四纪红色粘土 指第四纪温暖潮湿气候下形成的红色粘质残积物或运积物。质地粘重，呈红色、棕红色，养分含量少，酸至强酸反应。