微專題|風化作用

01

什么是風化作用？

風化作用是指地表或接近地表的堅硬巖石、礦物與大氣、水及生物接觸過程中產生物理、化學變化而在原地形成松散堆積物的全過程。

02

風化作用的類型

物理風化

礦物和巖石在地表大氣溫度變化、水體的凍融等的影響下原地發生機械崩解、破裂的作用。物理風化作用只使巖石發生崩解而不改變其化學成分。常見的物理風化的方式有溫差風化、冰劈風化（凍融風化）、鹽類結晶與潮解作用和層裂作用。

下圖為巖石物理風化過程示意，包括兩種最常見的方式：溫差風化與凍融風化

制圖@楊寧/星球研究所）

▲物理風化示意圖

（1）溫差風化：大氣溫度周期性變化引起巖石破裂的作用。巖石是熱的不良導體，在長期的晝夜、季節性溫差變化的影響下，巖體表里受熱不均，脹縮交替，反復進行，致使巖石表里間產生裂隙甚至崩解成碎塊。若巖石中礦物的熱膨脹系數各不相同，溫差變化，還會削弱礦物間的結合力，致使部分礦物脫落。（如下圖）

（2）冰劈風化（又稱凍融風化）：巖石裂隙中的水凍結成冰，使巖石受撐而破裂的作用。滲入巖石裂隙的水，在氣溫降到0℃以下時結成冰，體積膨脹。當氣溫回升到0℃以上，冰融化為水，滲入新裂開的部位。氣溫在0℃上下波動，凍結-融化反復發生，最后巖石裂為碎塊。

▲巖石凍融風化后破碎

（3）鹽類結晶和潮解作用：在干旱、半干旱氣候區，蒸發量大，巖石裂縫中的含鹽溶液易于飽和而結晶。結晶時體積增大，對兩壁也施加壓力。當空氣濕度增加時，已結晶的鹽類又潮解為溶液，進一步滲入巖石內部。鹽類的結晶-潮解反復進行，使巖石破裂。

（4）層裂作用：上覆巖層被剝蝕后，致密塊狀巖漿巖（如花崗巖）由于釋重減壓而產生向上和向外側的膨脹作用，形成與巖體表面大致平行的“洋蔥式”分離薄層，又稱層狀剝落。（如下圖）

隨著物理風化作用的進行，風化的巖體裂隙度增大，滲透性增強，風化碎屑的直徑變小而表面積逐漸增大，這就為化學風化作用的進行創造了條件。

【典例】石蛋：花崗巖“石蛋”是花崗巖球狀風化的產物。一般認為花崗巖在抬升過程中先產生節理（花崗巖體中存在著一定走向的裂隙，地質學上稱節理），當巖石出露地表接受陽光、空氣、冰楔（結冰的冰塊）、生物、水等風化時，由于棱角突出，易受風化（角部受三個方向的風化，棱邊受兩個方向的風化，而面上只受一個方向的風化），故棱角逐漸縮減，最終趨向球形。這樣的風化過程稱為球狀風化或石蛋化。

化學風化

指巖石在大氣、水與生物作用下發生分解進而形成化學組成與性質不同的新物質的過程。

具體表現：巖石中的礦物從生成環境轉入地表時失去穩定性，沿裂隙和節理發生水化、水解、溶解和氧化作用。

水化作用：巖石礦物吸收水分后變為含水礦物。具體表現：巖石體積膨脹、硬度降低、抵抗風化能力削弱，并對周圍巖石產生壓力。（比如硬石膏水化為石膏。）

水解作用：指巖石礦物遇水分解過程。水體進入地表巖石，水中的氫離子和礦物的鹽基離子發生交換形成可溶性鹽類。（比如正長石水解成高嶺土、SiO2溶膠和K2CO3離子溶液。）

溶解作用：指巖石中的無機礦物不同程度溶解于水中并帶走，難溶物質殘留原地、巖石孔隙度增加、強度降低的過程。

氧化作用：指巖石礦物被大氣游離、水體溶解氧化，形成高價化合物的過程。（比如黃鐵礦在濕潤條件下的氧化鐵、硫均被氧化，硫酸將進一步形成各種硫酸鹽。）

【注意】在化學風化過程中，水化、水解、溶解和氧化作用往往同時進行，且效果相同，即破壞原有巖石礦物，部分活躍元素分離且流失，較穩定的元素形成新的粘土礦物。化學風化的強度取決于溫度、濕度和水溶液中的pH值。氣候炎熱潮濕及水溶液呈酸性等條件有利于化學風化。

生物風化

生物死亡后，腐爛分解形成一種腐植質(膠狀的物質)，是一種有機酸，對巖石起腐蝕作用。

地殼表層巖石經機械破碎，化學風化后形成的松散物，再經過生物的化學風化作用，增加了有機物質---腐殖質，這種具有腐殖質、礦物質、水和空氣的松散物質叫做土壤。

生物風化作用通常伴隨著其他兩種風化作用進行。

▲植物根劈作用

01:53

▲視頻 | 什么是生物風化？以黃山松為例

03

影響風化作用的因素

風化作用的速度主要取決于自然地理條件和組成巖石的礦物性質。

巖石的特性

這是影響風化作用的內在因素。巖石的種類，造成礦物的物理和化學性質，巖石的結構和構造都影響風化作用。

一般來說，巖石形成時的溫度、壓力等條件與地表相差越大，巖石易風化。多種礦物組成的巖石，因各種礦物熱脹系數不同而比單礦物組成的巖石易風化。深色礦物比淺色礦物吸熱、散熱均快，故含深色礦物多的巖石不易風化。造巖的組成礦物顆粒粗、粒徑不均勻的比細而均勻的易受溫差風化。此外，巖石中膠結物的成分和膠結方式、巖石裂隙發育程度等，也都影響巖石的抗風化能力。

氣候條件

氣候是影響風化作用的基本因素。大氣溫差變化越大，物理風化作用越強；

水量充足有利于物質間的化學反應；生物，尤其是植物的大量繁殖促進生物風化等。不同氣候帶的風化作用類型和發育程度不同。

極地嚴寒，降水以雪為主，物理風化最為強烈，幾乎沒有化學風化。

熱帶、亞熱帶高溫多雨，化學風化強烈，常可達到風化作用的終極階段。

溫帶，氣候條件適中，化學風化和物理風化發育程度大致相當。干旱荒漠區溫差大，雨量小，物理風化作用很強烈。（如下圖）

地形

地形可影響局部氣候條件，間接影響風化作用；

中低緯度高山地區的不同高度上有著不同的氣候帶；山脈坡地的朝向造成不同的局地小氣候，因而風化類型、風化產物有不同。地形的陡緩則直接影響風化作用的進展狀況和風化產物保存條件。地形平緩，地下水位高，有利于化學風化和風化產物的保存，殘積層厚有利于風化作用發展到最后階段。地形陡峻，利于水的排泄，元素容易遷移，風化產物不易保存，因而殘積層薄，物理風化比較顯著。

04

試題鏈接

【2016海南卷】地表或接近地表的巖石，在溫度變化等的作用下，在原地發生機械破碎而不改變巖石化學成分的作用叫物理風化作用。通常情況下，氣溫日較差大的地區，物理風化作用強烈。據此完成19-20題。

19. 如果不考慮其他因素，在北半球中、高緯度地區物理風化作用最強的坡向是

A. 東北坡 B. 西北坡

C. 東南坡 D. 西南坡

20. 地球表面物理風化作用最弱的自然帶是

A. 溫帶荒漠帶

B. 溫帶草原帶

C. 熱帶雨林帶

D. 亞寒帶針葉林帶

【參考答案】

19.D 根據材料，物理風化強烈的地區為氣溫日較差大的地區。同一山體中，夜晚不接受太陽輻射，不太坡向溫度差異不大，所以溫差主要取決于白天溫度。北半球中、高緯地區，太陽主要位于南邊，南坡接受的太陽輻射多，溫度高于北坡.根據所學知識我們知道，在一天中最高溫出現在午后兩點左右，此時太陽位于西南方位，可以推斷西南坡維持熱量平衡的時間比東南坡更長，溫度能達到更高，晝夜溫差更大。故選D。

20. C 物理風化作用最弱的也就是氣溫日較差最小的地區，氣溫日較差主要受天氣、海拔、下墊面等因素影響，四個地區中，熱帶雨林帶地區多陰雨天氣，植被覆蓋率，地表水分多，氣溫日較差是最小的。故選C。

本組試題以自然界的物理風化為題材，通過對物理風化的定義，提示考生關注影響物理風化作用的主要因素。風化可以分為物理風化、化學風化和生物風化。物理風化又可以分為由于溫度變化產生的熱脹冷縮作用下產生的機械破碎和由于結冰融冰導致巖石反復受力產生的破碎（寒凍風化）。