第二章 岩石风化与土壤形成.ppt(下载附件 10.34 MB)

要求：

[1] 了解外力风化作用的一般过程；

[2] 掌握土壤的形成过程；

[3] 掌握土壤成土因素及其对土壤性质的影响；

[4] 重点掌握土壤剖面的构成。

第二章  岩石风化和土壤形成

2.1 风化过程

岩石处在它生成的环境条件下是稳定的，但一当条件发生变化， 为了适应新的环境，必然发生变化。

风化过程(weathering process)(或风化作用)----地表的岩石在大气和水的联合作用以及温度变化和生物活动影响下，所发生的一系列崩解和分解作用。

岩石按风化作用因素与作用性质不同分为

①　物理风化作用

②　化学风化作用

③　生物风化作用

注：自然界中三种风化作用通常是联合进行与相互助长的，划分它是为了讨论方便。但不同的地表环境及气候区三种风化作用有所侧重。

 

2.1.1物理风化作用(physical weathering): 

由温度变化、水分冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的磨擦力等物理因素的作用所引起的械崩解作用。

物理风化作用的结果，使岩石由大块变成碎块，再渐变成细粒，其形状和大小改变了，但成分的变化很小，只是空气、水分的通透性增强了，暴露的表面积增大了，为化学风化创造了条件。高山、极地和沙漠地区物理风化占主要地位。

2.1.2化学风化作用(chemical weathering)

又称为化学分解。主要是由水、二氧化碳和氧气等参与下进行的各种化学过程，包括溶解、水化、水解和氧化等作用。

2.1.2.1溶解作用：是指矿物和岩石为水所溶解的作用。一般矿物是难溶于水的，但是在大量的水分和较高的温度下，也可以使矿物的溶解度增大。在多雨的地区，降水中溶有二氧化碳，使碳酸钙变成溶解度大得多的碳酸氢钙，从而提高它的溶解性。

2.1.2.2水化作用：矿物与水化合称为水化作用。如石膏和氧化铁的水化过程，其反应式如下：

 

        石膏水化：CaSO4 + 2H2O → CaSO4.2H2O 

      氧化铁水化： 2Fe2O3 + 3H2O → 2Fe2O3.3H2O  

                  （赤铁矿）       （褐铁矿）

 2.1.2.3水解作用：水解作用是由水或二氧化碳解离产生的H+离子从硅酸盐矿物中，部分取代了碱金属和碱土金属的盐基离子生成可溶性盐的过程。它是化学风化作用中最重要的一种作用。

 

如钾长石经水解作用生成较为稳定的高岭石和钾盐，其反应式如下：

         2KAISi3O8 + H.HCO3 → KHAl2Si6O16 + KHCO3

          (钾长石)            （酸性铝硅酸盐）

           KHAI2Si6O16 + H.HCO3 → H2Al2Si6O16 + KHCO3

                                （游离铝硅酸）

         H2Al2Si6O16 + H.HCO3 → H2Al2Si2O8.H2O + 4SiO2 + CO2

                                (高岭石)

2.1.2.4氧化作用：在湿润的条件下含变价元素铁、硫的矿物在氧气的作用下发生氧化作用。

如黄铁矿（FeS2）的氧化反应如下：

       4 FeS2 + 15O2 + 2 H2O → 2Fe2(SO4)3 + 2H2SO4

       4 Fe2(SO4)3 + 8 H2O → 4FeOOH + 6 H2SO4

2.1.3生物风化作用(biological weathering)：

指岩石中的矿物在生物及其分泌物或有机质分解产物的直接（如根劈（图1））和间接作用（主要是溶解）下，进行的机械性破碎和化学分解过程。 生物风化的作用因素是生物及其代谢物（微生物、植物根系、动物等，在岩石风化初期主要是低等生物如细菌，真菌，地衣等），发生的风化过程是物理和化学风化并存。

 

 

 

2.2风化产物的类型

风化产物(weathering products)：原生矿物经过风化以后，以3种形式的风化产物留存在土壤中。

①　一部分以残存的原生矿物（稳定矿物如石英，白云母和正长等）存留在土壤中，

②　一部分以可溶性盐（如碱金属和碱土金属的硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐和氯化物等）存留在土壤中；

③　一部分以粘土矿物（如高岭石和蒙脱石等）存留在土壤中。现概括如下：

2.2.1风化产物的生态类型： 根据风化产物对土壤肥力有影响的性状，作为分类标准，将各种风化产物进行生态上的区分，分为以下五种生态类型：

2.2.1.1硅质风化物：由SiO2含量很高的岩石，主要包括由硅质组成或硅质胶结的岩石，如石英岩、硅质砾岩、石英砂岩及其它硅 质岩类风化形成的产物。这类岩石耐剥蚀而难风化，岩性坚硬，节理发达，多构成陡峻的山脊和山坡。硅质岩类风化物的厚度极薄，砂质，多石砾，各种营养元素也十分贫乏，分散的石英颗粒及岩石碎屑保水能力很低，因此这类风化物所形成的土壤宜林性通常较差，尤其在干旱地区，造林不易成活。在温暖湿润的条件下，这类物质常形成酸性土壤。

2.2.1.2长石质风化物：长石质岩石包括含有正长石矿物组成的岩石，主要种类有岩浆岩中的花岗岩、正长岩、斑岩、霏细岩、流纹岩、粗面岩，沉积岩中的正长砂岩，以及变质岩中的片麻岩等。    这类岩石的风化物，由于岩石本身的矿物组成和构造的特点，其风化难易是不同的。

花岗岩、正长岩及片麻岩等粒状结晶岩，比较容易发生物理崩解，形成厚层砂壤质或壤质风化物，由其发育的土壤通透性能良好，植物需要的磷、钾、钙、镁等营养元素比较丰富，土壤常呈微酸性反应。这种风化物宜林性好，适于要求微酸性及通气良好的树种生长。尤其适合各种松、杉等针叶树种生长。

隐晶质结构的霏细岩、流纹岩及粗面岩，比粒状岩石较难风化，且多形成壤质风化物。

在干旱气候条件下，这类岩石风化物多石砾，含石英颗粒多的花岗岩则生成砂砾质；在温暖湿润的条件下，则形成深厚的风化层，呈红色的粘壤土或砂质粘壤土，多呈酸性。

2.2..1.3铁镁质风化物：由辉石、角闪石、橄榄石等含有铁、镁成分的矿物组成的岩石，属于铁镁质

岩类。主要种类有闪长岩、安山岩、玢岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩以及铁镁质砾岩（如火山熔砾岩）、片岩等。

这类岩石因为含有容易风化的暗色矿物，化学风化及物理风化均进行得十分迅速。一般形成的风化层较厚，质地为壤质或稍粘重，含有大量的钙、镁、磷等元素，唯钾的含量较少。由这种风化物发育的土壤，养分状况良好，保水性能强，但通气状况较花岗岩风化物稍差。在较湿润的地区，可呈中性反应，在干旱地区则呈微碱性反应，宜林性良好，适于发展各种经济林木和对肥力条件要求比较高的针、阔叶树种。

2.2.1.4钙质风化物：主要由碳酸钙组成的岩石，都称为钙质岩类。如石灰岩、大理岩、结晶石灰岩、白云岩，以及含钙质的砂岩和页岩等。石灰岩的矿物组成中以方解石及白云石占主要成分，可占全部矿物重量的90%以上。

钙质岩类在经受化学风化的溶蚀作用时，碳酸钙受酸性水溶解，大量随水流失。其风化物是由岩石中的少量粘土矿物等残留堆积而成的。在干旱或水土流失地区所形成的风化层很薄，常常残积在裸岩之间，缺乏林木需要的磷和钾，多呈中性至微碱性反应，土质粘实，土壤易干旱。在干旱缺水情况下，林木一般生长不良，造林不容易成活，不太适合于针叶树种生长，但是某些喜钙耐旱的树种尚能良好生长。在水分条件良好又无水土流失的情况下，一般土层较厚，肥力高，土壤的宜林性质好。

2.2.1.5未成岩类物质：这类物质不是某一类岩石的风化物，未经成岩硬结作用的堆积物，一般均具   有疏松多孔的特性。

矿质的未成岩物质包括各种成因的沙土、黄土、次生黄土或黄土性岩石，以及部分松软的板岩、页岩及粉砂岩等。

有机的未成岩物质，主要是冷湿低洼地及高山地带形成的泥炭物质。由于温度低、湿度大，有效养分缺乏，常呈强酸性反应，这种立地类型的宜林性极差，林木生产力很低，必须进行排水，促进泥炭物质分解，林木才能生长良好。   

2.2.2风化产物的地球化学类型：

岩石的风化过程，随着时间的推移，可以分成若干阶段，生物气候条件影响各个阶段的进程。在一定的生物气候条件下出现的风化产物，可分为几种地球化学类型

2.2.2.1碎屑类型：化学成分和矿物组成与原岩基本相同----物理风化作用为主的地区。

2.2.2.2钙化类型：溶性氯化物及硫酸盐遭到强烈淋失，风化产物中只残留着大量溶解度较低的碳酸钙----干旱和半湿润地区。

2.2.2.3硅铝化类型：溶性氯化物及硫酸盐遭到强烈淋失，甚至溶解度较小的碳酸钙也被淋溶，而铝、铁、硅等元素尚有残留----温带或暖温带地区。

 2.2.2.4富铝化类型：不仅盐基成分全部淋失殆尽，而且硅酸也产生淋溶，风化物中只残存着一些最难风化的石英、铁和铝的氧化物以及次生粘土矿物高岭石等----热带的砖红壤或亚热带地区。

2.2.3  风化产物的母质类型：