Transcript 風化作用
風化作用 風化(weathering) • 岩石暴露在空氣中，可以看到它慢慢變色，或者由堅 硬變為鬆散，此稱為風化。 • 因此，風化作用就是地表或接近地表的岩石，因為空 氣(主要作用為空氣中所含有的二氧化碳和氧)與水分接 觸，或者因為生物活動的影響，發生了化學和物理性 質的改變。 • 風化作用可分為機械性和化學性作用兩種。 機械性(物理性)風化作用(mechanical or physical weathering) • 此種作用又稱為崩解作用(disintegration)，可以使物體 的顆粒失去結合力，由大塊岩石碎成細粒，成為礫、 砂、粉砂等，可是沒有顯著的化學成份的改變。 • 不過，機械的作用中，有時也和化學作用發生關係， 因為化學作用產生新礦物，會使岩石的結合力減弱， 使岩石的分裂加速。 機械性(物理性)風化作用(mechanical or physical weathering)--主要的種類 • 剝離作用(exfoliation) 塊狀岩石的外表露頭，成層片狀一層層剝落的一種作用，剝離 的岩片可以是平的，也可以是灣區的。 剝離作用可造成兩種主要的地質現象： 剝離丘(exfoliation dome) a) 多由花崗岩等塊狀岩石中，因上部覆蓋的岩石受到風化侵蝕而 逐漸消蝕，向下的岩壓減低，下部的岩石向上緩慢伸展，造成 引申解理面，略與地面平行。 b) 頁狀解理(sheeting)—岩層上覆的岩石受到侵蝕作用而移去，岩 壓減低，靜岩壓力減少，下面的岩層就向上伸展造成很多大致 和地面平行的解理面。 球狀風化礫(spheroidally weathered boulder)—又名洋蔥狀風化， 其成因是岩石中發生化學風化作用，風化後的新礦物如黏土礦 物等，因體積增加而產生壓力，向外擴張，結果造成許多同心 圓狀的剝離層，如洋蔥狀構造，在玄武岩、花崗岩和頁岩中很 常見。 Exfoliation dome spheroidally weathered boulder exfoliation 機械性(物理性)風化作用(mechanical or physical weathering)--主要的種類 •凍裂作用(frost action)--當水分滲入岩石的裂隙及細孔中， 水分結冰後體積增加9%，於是再岩石中產生向外推壓的力 量，可以使裂隙擴大而作後導致岩塊崩裂。 機械性(物理性)風化作用(mechanical or physical weathering)--主要的種類 •生物作用(organic activity)--植物的根如插入石縫中， 當其生長時體積擴大，可以促使岩石破裂。 機械性(物理性)風化作用(mechanical or physical weathering)--主要的種類 •溫度的改變(temperature change)--日溫差、年溫差大的地區，因 岩石暴露於空氣中，受到熱漲冷縮反覆進行的影響，使得岩石中礦 物顆粒間的結合變小，促使岩石崩裂。 機械性(物理性)風化作用(mechanical or physical weathering)--主要的種類 • 其他--可溶性岩類(岩鹽、石膏等)的結晶作用造成體積膨 大；森林火災形成的熱力；閃電的震動與熱力；石塊掉 落的衝擊力。 化學性風化作用(chemical weathering) • 分解作用(decompsition)，可以使岩石發生化學分解， 使它們的化學成份或礦物成份發生變化。如次生礦物 的生成(secondary mineral)。 • 化學風化在高溫、多雨、植物茂盛的地區作常見，其 進行的速度和岩塊的大小、礦物成份有密切的關係 • 水是化學風化作用中最重要的營力，所以有人把水的 溶解作用，也稱為一種化學風化作用，稱為dissolution。 • 二氧化碳是第二種主要營力，當其溶解在水中後變為 碳酸，為一種具有化學變化功能的酸類，可以溶解許 多物質。 • 其他營力—酸雨中的酸性物質；土壤中的腐質酸。 化學性風化作用--主要方式 • 氧化作用(oxidation) • 岩石中的礦物和空 氣、水中的氧結合 的作用。 • 在含鐵礦物中最顯 著，水為其中主要 的媒介。 • 礦物中的鐵由二價， 經氧化變為三價， 使岩石表面呈現紅 色或黃棕色。 • 硫氧化後變為硫酸， 更易腐蝕岩石。 化學性風化作用--主要方式 • 水解作用(hydrolysis)--為水加入礦物構造中，使得矽酸 鹽礦物所含之金屬元素為水中的氫所交換出來，而變成 含水礦物，是分解矽酸鹽類礦物最主要的風化作用。 • 碳酸化作用(carbonation)--空氣中的二氧化碳和水化合 為碳酸，再分解成氫和次酸根離子，這兩個離子對分解 礦物作用極強：H2O＋CO2→H2COy→H+1＋(HCO3)-1 • 水化作用(hydration) 整個水分子都被吸收在礦物表面組織中，但是水並不成 為礦物分子構造的一部分；其會使礦物體積增加，讓礦 物更容易崩解。 水化作用使礦物吸入水而膨脹，但是加熱到沸點就可使 礦物中所吸收的水分去除；但水解作用進入礦物的水， 是無法用加熱去除的。 主要造岩礦物的分解作用 • 化學風化作用對於岩石中主要造岩礦物所造成的影響，分 項簡述： • 石英 石英是任何情況下最穩定的礦物，所以風化後僅有極小的 變化，有時候會受到輕微的污染(staining)。 在自然水中可少量的溶解，而溶化的石英可以成為砂質岩 石中的膠結物，石英所產生的主要風化作用為機械的碎裂 作用。 • 長石類 長石是最容易風化而發生水解和水化作用，其晶體的晶格 破壞，而礦物中的離子可以分離出來重新組成新的次生礦 物。 主要造岩礦物的分解作用 • 雲母類 白雲母在中溫中壓的環境中生成，所以其抵抗風化能 力很強，除了機械風化作用外，很少有什麼變化。 黑雲母的變化則和鐵鎂礦物相似。 • 鐵鎂礦物 這類礦物最容易發生化學風化作用，而使得矽酸鹽的 結構解體。 礦物中的鎂、鈣、鈉等離子，可以造成碳酸鹽類和氯 化物類次生礦物，多數進入溶液中。 礦物中所含的二價鐵(ferrous)，氧化變為三價鐵(ferric)， 不溶解在自然水中，沉澱為赤鐵礦或褐鐵礦。 主要造岩礦物的分解作用 • 由前述的說明，可知道矽酸鹽造岩礦物受到化學風化 作用後： • 所產生的鹽基類離子，多半成為溶解物質，被地下水 所帶走。 • 鐵則多半氧化而形成赤鐵礦等，不容易溶解在水中的 鐵氧化礦物。 • 鋁、矽、氧等和水合成黏土礦物。 風化的速度與深度 • 風化作用進行的速度和母岩的岩性、結構與氣候、地 形、時間、岩石出露面積、有機物多寡有關。 • 氣候 • 在高溫、多雨潮濕的熱帶氣候下，化學風化作用快速 強盛。 • 在乾旱、寒帶氣候下，風化作用很慢，主要以機械性 的風化為主。 • 礦物岩性 • 不同礦物有不同的化學安定性，最不安定的礦物最容 易風化，因此母岩的風化速度端賴礦物的性質。 • 凡在包溫氏反應系列中最先造成的礦物最容易風化； 最後造成的礦物抵抗風化的能力最強。 風化的速度與深度 • 地面上最常見的礦物在風化作用中的安定程度表： 最安定礦物 最不安定礦物 含鐵氧化物 含鋁氧化物 石英 黏土礦物 白雲母 鉀長石(正長石) 黑雲母 鈉長石 角閃石 輝石 鈣長石 橄欖石 風化的速度與深度 • 岩石結構--岩石中多解理、裂隙或地形坡度位置較陡者， 都有比較快的風化速度。 • 判斷岩石的風化程度：長石和石英的比值。 • 風化的深度受到雨量、溫度和植被的影響；熱帶地區 風化所達到的深度最大；在極區和乾燥地區風化深度 最淺。