精选地貌学第三节风化作用与重力地貌资料课件.ppt
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- 精选 地貌学 三节 风化作用 重力 地貌 资料 课件
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1、第五章第五章 地貌学地貌学讲授:陈诗越讲授:陈诗越第三节第三节 风化作用与重力地貌风化作用与重力地貌 风化作用风化作用 风化壳风化壳 重力地貌重力地貌一、风化作用一、风化作用1 1、风化的概念:、风化的概念: 出露地表的岩石,在太阳能、大气和出露地表的岩石,在太阳能、大气和生物的作用下,发生崩解和破碎,变为松生物的作用下,发生崩解和破碎,变为松散的碎屑物,这种在原地发生的物理和化散的碎屑物,这种在原地发生的物理和化学变化称为风化作用学变化称为风化作用(weathering)(weathering)。 2 2、风化作用的类型、风化作用的类型物理风化物理风化化学风化化学风化生物风化生物风化(1 1
2、)物理风化)物理风化(physical weathering)(physical weathering) 物理风化指由胀缩的变化引起的机械崩解作用,物理风化指由胀缩的变化引起的机械崩解作用,故又称机械风化。温度的季节变化和昼夜变化,使岩故又称机械风化。温度的季节变化和昼夜变化,使岩石表层经受长期的热胀冷缩而崩解分裂,由大块变成石表层经受长期的热胀冷缩而崩解分裂,由大块变成小块,由小块变成更小的碎屑,以至成为砂粒,但其小块,由小块变成更小的碎屑,以至成为砂粒,但其化学成分不变。此外,在岩石裂隙和孔隙中的水冷却化学成分不变。此外,在岩石裂隙和孔隙中的水冷却结冰时,体积增大结冰时,体积增大9 9,这
3、时对围岩的压力可达,这时对围岩的压力可达6 0006 000千克每平方厘米,如此冻融反复进行,对岩石产生巨千克每平方厘米,如此冻融反复进行,对岩石产生巨大的破坏力,并使其崩解、破碎,这种作用又称冻融大的破坏力,并使其崩解、破碎,这种作用又称冻融风化作用风化作用 化学风化指岩石表面在水、氧、二氧化碳、有机化学风化指岩石表面在水、氧、二氧化碳、有机酸等作用下产生溶解、结晶、水化、水解,碳酸化和酸等作用下产生溶解、结晶、水化、水解,碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化。在强烈的化学作用下,氧化等一系列复杂的化学变化。在强烈的化学作用下,不仅岩石的结构成分受破坏变成松散的土层,而且矿不仅岩石的结构成分受
4、破坏变成松散的土层,而且矿物成分也发生变化。物成分也发生变化。 (2)化学风化化学风化(chemical weathering) 生物风化指生物在其生长和分解过程中,使岩生物风化指生物在其生长和分解过程中,使岩石矿物受到物理和化学作用。生物的物理风化作用包括石矿物受到物理和化学作用。生物的物理风化作用包括植物根系发育植物根系发育( (树根发育可对围岩产生树根发育可对围岩产生10-1510-15千克每平方千克每平方厘米的作用力厘米的作用力) ),动物如蚯蚓、田鼠和蚂蚁等挖掘洞穴,动物如蚯蚓、田鼠和蚂蚁等挖掘洞穴,使岩石矿物遭受机械破坏。生物在矿物遭受破坏的过程使岩石矿物遭受机械破坏。生物在矿物遭
5、受破坏的过程中,一方面从岩石矿物中吸取养分,另一方面也分泌出中,一方面从岩石矿物中吸取养分,另一方面也分泌出各种酸,如碳酸、硝酸和各种有机酸等,对岩石矿物进各种酸,如碳酸、硝酸和各种有机酸等,对岩石矿物进行强烈化学分解,即产生生物化学风化作用。行强烈化学分解,即产生生物化学风化作用。(3)生物风化生物风化(biogical weathering) 三种风化作用在自然界往往不是单独进行三种风化作用在自然界往往不是单独进行的,而是同时交替进行。至于一个地区、的,而是同时交替进行。至于一个地区、 个时个时期以哪种作用为主,则取决于具体的气候条件,期以哪种作用为主,则取决于具体的气候条件,如高山高纬地
6、区以物理风化为主,湿热地区以如高山高纬地区以物理风化为主,湿热地区以化学风化为主,如果该地区植物繁密,则生物化学风化为主,如果该地区植物繁密,则生物风化作用亦占重要地位。风化作用亦占重要地位。 (1)(1)气候因素气候因素 气候对风化的影响主要通过气温和降水量来实现。气候对风化的影响主要通过气温和降水量来实现。气温年较差和日较差大,气温年较差和日较差大, 有利于物理风化作用的进行。有利于物理风化作用的进行。气温的高低对矿物的溶解度、水溶液的浓度和化学反气温的高低对矿物的溶解度、水溶液的浓度和化学反应速度等有很大影响。降雨量的多寡除影响地面冲刷应速度等有很大影响。降雨量的多寡除影响地面冲刷外,对
7、化学风化和生物风化起重要作用,因此不同气外,对化学风化和生物风化起重要作用,因此不同气候带的风化作用有明显差异。候带的风化作用有明显差异。 3、影响风化作用的因素、影响风化作用的因素 极地和高山地带极地和高山地带 : 终年温度在终年温度在00以下,以冻融作用以下,以冻融作用为主,化学作用缓慢,故长期处于物理风化阶段。为主,化学作用缓慢,故长期处于物理风化阶段。 干旱荒漠地带干旱荒漠地带 :日照强,温度日较差大,年降水量小:日照强,温度日较差大,年降水量小于于250250毫米,蒸发量大于降水量。在这种情况下,化学风化除毫米,蒸发量大于降水量。在这种情况下,化学风化除氧化外,溶解和水化学作用也有发
8、生,但氯化物和硫酸盐不氧化外,溶解和水化学作用也有发生,但氯化物和硫酸盐不能全部被淋溶,故仍处于物理风化为主的阶段。能全部被淋溶,故仍处于物理风化为主的阶段。 半干旱草原地带半干旱草原地带 :日照强,年降水量:日照强,年降水量250-500250-500毫米,毫米,蒸发量大于降水量。物理风化作用强,而化学风化作用亦蒸发量大于降水量。物理风化作用强,而化学风化作用亦较活跃。氯化物和硫酸盐等大部分被淋溶,钙镁盐类则相较活跃。氯化物和硫酸盐等大部分被淋溶,钙镁盐类则相对富集,形成钙积层,故处于富钙阶段。对富集,形成钙积层,故处于富钙阶段。 半湿润森林草原地带半湿润森林草原地带 : 年降水年降水500
9、-750500-750毫米,蒸毫米,蒸发量与降水量大致相等。以化学风化为主,处于富钙或富发量与降水量大致相等。以化学风化为主,处于富钙或富硅铝两阶段之间。硅铝两阶段之间。 温湿地带:温湿地带: 年降水量年降水量750-1000750-1000毫米,降水量毫米,降水量大于蒸发量,处于化学风化为主的中期阶段,形成富大于蒸发量,处于化学风化为主的中期阶段,形成富硅铝残积物。硅铝残积物。 湿热地带:湿热地带: 年降水量大于年降水量大于10001000毫米,终年高毫米,终年高温,有利于化学风化作用迅速进行。高温加速水解作温,有利于化学风化作用迅速进行。高温加速水解作用,多雨增大化学风化效能,同时高温多雨
10、使植物繁用,多雨增大化学风化效能,同时高温多雨使植物繁茂,各种有机酸及细菌作用活跃,生物风化作用也得茂,各种有机酸及细菌作用活跃,生物风化作用也得到加强。长期处于富铝阶段,发育很厚的到加强。长期处于富铝阶段,发育很厚的( (可达可达200200米米以上以上) )红色风化壳。红色风化壳。 坡度、高度和切割程度的不同,使风化的深度、坡度、高度和切割程度的不同,使风化的深度、厚度和强度有所差别。缓坡上的风化强度和深度比陡坡厚度和强度有所差别。缓坡上的风化强度和深度比陡坡强。不同坡向和不同高度通过温度、水湿条件差异,间强。不同坡向和不同高度通过温度、水湿条件差异,间接地影响风化。地形切割程度不同,不仅
11、使地表和地下接地影响风化。地形切割程度不同,不仅使地表和地下水的循环条件不一样,而且造成小气候差异,对化学和水的循环条件不一样,而且造成小气候差异,对化学和物理风化的进行有显著的影响。物理风化的进行有显著的影响。 (2)地形因素地形因素 岩石的矿物成分、结构、构造都直接影响风化岩石的矿物成分、结构、构造都直接影响风化作用。岩石的抗风化能力取决于组成岩石的旷物成作用。岩石的抗风化能力取决于组成岩石的旷物成分,而各种矿物对化学风化的抵抗能力,即它们的分,而各种矿物对化学风化的抵抗能力,即它们的相对稳定性差别很大相对稳定性差别很大( (表表3-1)3-1)。 (3)地质因素地质因素表表3-1 3-1
12、 化学风化对造岩矿物的相对稳定性化学风化对造岩矿物的相对稳定性相对稳定性相对稳定性造造 岩矿岩矿 物物 极稳定极稳定稳稳 定定不大稳定不大稳定不稳定不稳定石石 英英白云母,正长石,微斜长石,酸性斜石白云母,正长石,微斜长石,酸性斜石普通角闪石,辉石类普通角闪石,辉石类基性斜长石,碱性角闪石,黑云母,基性斜长石,碱性角闪石,黑云母,普通辉石,橄榄石,海绿石,方解石,普通辉石,橄榄石,海绿石,方解石,白云石,石膏白云石,石膏硅酸盐类的造岩矿物风化过程:硅酸盐类的造岩矿物风化过程: 钾长石钾长石绢云母绢云母水云母水云母高岭石。高岭石。 辉石、角闪石辉石、角闪石绿泥石绿泥石水绿泥石水绿泥石蒙脱石蒙脱石
13、多水高岭石多水高岭石高岭石。高岭石。 黑云母黑云母蛭石蛭石蒙脱石蒙脱石高岭石。高岭石。 白云母白云母水云母水云母贝得石贝得石蒙脱石蒙脱石多水高岭多水高岭石石高岭石。高岭石。 石英石英( (部分部分)硅酸硅酸石髓石髓次生石英。次生石英。 在适宜的气候条件下,高岭石进一步分解成铝在适宜的气候条件下,高岭石进一步分解成铝土矿和石髓等,而辉石、角闪石、黑云母还分解土矿和石髓等,而辉石、角闪石、黑云母还分解成褐铁矿和针铁矿等。成褐铁矿和针铁矿等。 花岗岩含有较多的石英和长石,即含有较多的花岗岩含有较多的石英和长石,即含有较多的硅铝元素,而含钙量很少,可较快地进入硅铝化阶硅铝元素,而含钙量很少,可较快地进
14、入硅铝化阶段,容易形成富含石英和高岭土的风化壳。段,容易形成富含石英和高岭土的风化壳。 玄武岩含钙多,因此碳酸盐化阶段较长,碳酸玄武岩含钙多,因此碳酸盐化阶段较长,碳酸钙的白色薄膜可包裹岩石碎屑。钙的白色薄膜可包裹岩石碎屑。 橄榄石等超基性岩,含铁量高,形成含褐铁矿橄榄石等超基性岩,含铁量高,形成含褐铁矿和针铁矿等风化壳,此即残积铁矿,在一定的条件和针铁矿等风化壳,此即残积铁矿,在一定的条件下还可形成残积镍矿。下还可形成残积镍矿。 砂岩含硅多,形成石英砂,蛋白石等风化壳。砂岩含硅多,形成石英砂,蛋白石等风化壳。 页岩、板岩为不含碳酸盐的粘土质岩石,形成页岩、板岩为不含碳酸盐的粘土质岩石,形成粘
15、土风化壳。粘土风化壳。 石灰岩、泥灰岩和白云岩等含碳酸盐的岩石,石灰岩、泥灰岩和白云岩等含碳酸盐的岩石,易受化学风化和溶解,当可溶解的碳酸钙被带走后,易受化学风化和溶解,当可溶解的碳酸钙被带走后,余下杂质则形成残积层,一般为黄色或红褐色塑性余下杂质则形成残积层,一般为黄色或红褐色塑性相当大的粘土,只有在其下部才有石灰岩碎屑。相当大的粘土,只有在其下部才有石灰岩碎屑。 岩石的矿物结构也影响风化作用,由粗粒结构矿岩石的矿物结构也影响风化作用,由粗粒结构矿物组成的岩石比细粒的容易风化。粒度差异大的比等物组成的岩石比细粒的容易风化。粒度差异大的比等粒矿物组成的岩石容易风化。致密等粒矿物组成的岩粒矿物组
16、成的岩石容易风化。致密等粒矿物组成的岩石,如花岗岩和玄武岩具有石,如花岗岩和玄武岩具有三三组相互直交的原生节理,组相互直交的原生节理,易形成球状风化及层层剥离现象。易形成球状风化及层层剥离现象。球状风化球状风化、风、风 化化 带带 地壳最上部发生风化作用的地带。地壳最上部发生风化作用的地带。风化带的深风化带的深度由于风化作用的因素、方式和强度的不同而不同,度由于风化作用的因素、方式和强度的不同而不同,从地表向地下依次出现全风化带、强风化带和弱风从地表向地下依次出现全风化带、强风化带和弱风化带。化带。二、二、 风风 化化 壳壳 1 1、概念、概念 风化作用使地球表面和接近地表的岩石圈遭风化作用使
17、地球表面和接近地表的岩石圈遭受物理破坏和化学分解,有的仅在结构上发生变受物理破坏和化学分解,有的仅在结构上发生变化,有的成分亦发生变化,并在原地生成松散的化,有的成分亦发生变化,并在原地生成松散的堆积物,称残积物,其岩性与原来基岩相似,但堆积物,称残积物,其岩性与原来基岩相似,但又不完全相同又不完全相同、残积物、残积物(eluvium) 由残积物所组成的覆盖于地壳表面的整个复由残积物所组成的覆盖于地壳表面的整个复杂剖面的总体,称为风化壳杂剖面的总体,称为风化壳(weathered crust)(weathered crust)。因此残积物是风化壳的一部分,而风化壳则是岩因此残积物是风化壳的一部
18、分,而风化壳则是岩石圈的一部分。石圈的一部分。、风化壳、风化壳(weathered crust)风化壳剖面示意图风化壳剖面示意图、岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密、岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密切的联系;切的联系;、是基岩风化破碎后留在原地的风化物质,未经搬、是基岩风化破碎后留在原地的风化物质,未经搬运磨圆,未经分选,不具层理;运磨圆,未经分选,不具层理;、残积物经长期风化,所形成粘土矿物,常粘附在、残积物经长期风化,所形成粘土矿物,常粘附在石英砂的表面;石英砂的表面;、残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡;、残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡;、由上而下风化程度逐渐减
19、弱,颗粒由细变粗。、由上而下风化程度逐渐减弱,颗粒由细变粗。2、残积物的特征、残积物的特征 气候是风化壳形成的主要因素,它影响风化气候是风化壳形成的主要因素,它影响风化发育阶段和强度等,因此气候对形成不同的风化发育阶段和强度等,因此气候对形成不同的风化壳类型起着决定性作用。壳类型起着决定性作用。 3、风化壳类型、风化壳类型 风化壳形成后,被后来的各种堆积物覆风化壳形成后,被后来的各种堆积物覆盖 , 而 保 留 下 来 的 风 化 壳 称 为 古 风 化 壳盖 , 而 保 留 下 来 的 风 化 壳 称 为 古 风 化 壳(paleo-weathered crust)(paleo-weather
20、ed crust),在一定的地形构,在一定的地形构造条件下,可形成多层古风化壳。造条件下,可形成多层古风化壳。古风化壳古风化壳 成土作用是指残积物的表层在一定条件下发育成土作用是指残积物的表层在一定条件下发育成土壤的过程。即残积物的表层,通过生物风化、成土壤的过程。即残积物的表层,通过生物风化、物理风化和化学风化发生了物质移动和能量转化。物理风化和化学风化发生了物质移动和能量转化。它包括了土体内有机质的积聚和分解,矿物的形成它包括了土体内有机质的积聚和分解,矿物的形成和破坏,元素的迁移和变换,土壤剖面结构的形成和破坏,元素的迁移和变换,土壤剖面结构的形成和发展,这一切就是土壤的形成过程。和发展
21、,这一切就是土壤的形成过程。4、成土作用、成土作用(soil forming process) 土壤是残积物的表层,经成土作用发育而成,土壤是残积物的表层,经成土作用发育而成,即经有机酸对残积物发生生物化学作用,使土质即经有机酸对残积物发生生物化学作用,使土质富含腐殖质而具有肥力。残积物与土壤最根本的富含腐殖质而具有肥力。残积物与土壤最根本的区别是它不具有肥力。其次土壤形成速度比风化区别是它不具有肥力。其次土壤形成速度比风化壳和残积物的形成快得多。在湿热气候条件下,壳和残积物的形成快得多。在湿热气候条件下,形成一个完整的风化壳,需要几十万年到几百万形成一个完整的风化壳,需要几十万年到几百万年,
22、而在同样气候条件下,形成土壤剖面只需几年,而在同样气候条件下,形成土壤剖面只需几十年或几百年。十年或几百年。 、土壤与残积物的区别、土壤与残积物的区别 现代土壤是指在现代成土条件下发育现代土壤是指在现代成土条件下发育而成的土壤。而成的土壤。 森林土壤森林土壤 是在湿润、半湿润区域森是在湿润、半湿润区域森林植被下发育的土壤。从寒带到热带除干林植被下发育的土壤。从寒带到热带除干旱和半干旱地区外均有森林土壤分布,包旱和半干旱地区外均有森林土壤分布,包括灰化土、灰黑土括灰化土、灰黑土( (灰色森林土灰色森林土) )、棕壤、棕壤、褐土、黄壤和红壤等。褐土、黄壤和红壤等。 、现代土壤、现代土壤 草原土壤草
23、原土壤 草原土壤是在半干旱草原区形草原土壤是在半干旱草原区形成的土壤。包括黑钙土、棕钙土、灰钙土以及成的土壤。包括黑钙土、棕钙土、灰钙土以及草原红土等。草原红土等。 、现代土壤、现代土壤 荒漠土荒漠土 干旱地区发育的土壤。包括灰漠土、干旱地区发育的土壤。包括灰漠土、灰棕漠土和棕漠土等。我国荒漠土分布在新疆、甘灰棕漠土和棕漠土等。我国荒漠土分布在新疆、甘肃、青海、宁夏等省区。由于降水稀少等原因,岩肃、青海、宁夏等省区。由于降水稀少等原因,岩石风化和成土作用微弱,土体中元素很少迁移,碳石风化和成土作用微弱,土体中元素很少迁移,碳酸钙在土壤表面积聚,即使较易移动的石膏和易溶酸钙在土壤表面积聚,即使较
24、易移动的石膏和易溶盐类亦淋洗不深,有机质含量少,大多在盐类亦淋洗不深,有机质含量少,大多在0 05 5-0 03 3以下。以下。、现代土壤、现代土壤 古土壤是指非现代成土条件下形成古土壤是指非现代成土条件下形成的土壤。古土壤形成于第四纪及第三纪的土壤。古土壤形成于第四纪及第三纪末,具有埋藏或非埋藏的表面。末,具有埋藏或非埋藏的表面。 、古土壤、古土壤(paleosoil) 古土壤与现代土壤的区别古土壤与现代土壤的区别: : 古土壤的剖面一般不完整,大多没有腐殖质层,即古土壤的剖面一般不完整,大多没有腐殖质层,即使有也由于易遭分解而颜色变浅,或易遭炭化而染成黑使有也由于易遭分解而颜色变浅,或易遭
25、炭化而染成黑棕色。淋溶层下部与淀积层则为质地较粘的粘化层,因棕色。淋溶层下部与淀积层则为质地较粘的粘化层,因铁的富集,颜色带红。淀积层下部为富含碳酸钙的淀积铁的富集,颜色带红。淀积层下部为富含碳酸钙的淀积层,常聚集形成钙结核或姜结石。层,常聚集形成钙结核或姜结石。 现代土壤一般有完整的剖面,有色暗的腐殖质层,现代土壤一般有完整的剖面,有色暗的腐殖质层,淋溶层的颜色较浅,其粘性不如古土壤。淋溶层的颜色较浅,其粘性不如古土壤。 、古土壤、古土壤 古土壤的存在,表示当时地面稳定,既没古土壤的存在,表示当时地面稳定,既没有强烈的剥蚀,也没有快速的堆积,使土壤发有强烈的剥蚀,也没有快速的堆积,使土壤发育
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