第三章风化作用与坡地重力地貌.doc

第三章风化作用与坡地重力地貌第一节风化作用与风化壳一、风化作用岩石的风化是地表常见的一种自然地理过程,几乎到处都能发生。无论怎样坚硬的岩石,一旦出露或接近地表,直接与水圈、大气圈、生物圈接触,在地表的物理和化学环境作用下,都会逐渐发生疏松、崩解和化学成分的改变,变成大小不等的岩屑和土层。岩石发生物理的和化学的变化称为风化。引起岩石变化的作用称为风化作用。风化作用的实质就是岩石本身离开地壳深处高温、高压的条件,在出露或接近地表后,为了适应地表常温、常压的新环境而必然发生的一种变化过程。通常把风化作用分为物理、化学和生物风化作用三种。因为生物风化对岩石的破坏效应,可以纳入物理的或化学的过程,所以,我们下面分物理与化学风化作用来论述。应当指出的是,各种风化作用彼此都是相关的。(一)物理风化作用物理风化作用是指岩石发生物理疏松崩解等机械破坏过程,一般不引起化学成分的改变。引起岩石崩解成碎屑,有以下几方面的原因。èhé卸荷释重而引起的剥离作用:岩石卸荷释重而引起的剥离作用,是指形成于地壳深处的岩石,后来受到地壳运动的抬升,上覆的岩层逐步被蚀去,释放了原来受压的应力,由此而引起岩体膨胀。当膨胀超过了弹性限度之后,岩石就会发生破裂而产生许多可见的裂隙或隐伏的纹理,称为卸荷裂隙。这种作用称为剥离作用,在花岗岩分布地区最为常见。卸荷裂隙多发生在岩体表层,这种裂隙大致平行于地表,有人称其为席状节理。它的厚度从十几厘米到几米不等,深处厚度大,愈近地表裂隙愈薄、愈多(图3-1)。有时卸荷裂隙沿较陡的河谷谷坡发育,这是因河流深切,使岩体发生侧向应力释放的结果。:存在于岩石裂隙中的水,在气温达到冰点凝固结冰时,体积膨胀,比原来增大9%左右。它对裂隙周边壁施加很大压力,使岩石裂隙加宽、加深。当冰再融化时,水沿扩大了的裂隙向更深处渗入,再次冻结。如此反复进行,就好像劈木材的楔子,不断使裂隙加深加大,以至把岩石崩解成碎块,故这种冰胀作用也称为冰楔作用。冰楔作用对岩石的破坏,以气温日变化经常在0℃上下的亚寒带潮湿地区或高山顶部雪线附近最为显著。那里也常常散布着大量的风化岩屑碎片(图3-2)。岩石裂隙中的水,常常溶解着大量的矿物质,一旦水分蒸发,溶液浓度逐渐达到饱和,便结晶成盐类。这时体积增大,产生膨胀压力,也可以使岩石迅速崩解。地表上纯净的雨水是不存在的,任何雨水都是含有溶解质的水溶液,特别在污染严重的大城市和工业区,雨水常常成稀薄的酸雨,它对石灰岩、大理石建筑物有强烈的腐蚀作用,发生化学反应成为石膏。而石膏的结晶作用,使岩石薄片状崩解下来,这种作用应属于机械风化作用,但它又是化学作用的反映。美国国家标准局曾进行有趣的冻融破坏与盐分结晶破坏的对比试验,如果把一块花岗岩,经过5000次反复冻结和融解,岩石才发生微小的崩解现象。但是同样的花岗岩块浸泡在饱和的硫酸钠溶液中17小时,然后在105℃的温度下,干燥7小时,如此反复进行42次,花岗岩便发生崩解。这是由于蒸发促使水溶液过饱和,受盐类的结晶产生的破坏作用。:因温差变化,致使岩石体积膨胀收缩而引起岩石的破坏,主要是温度变化的速度,而不在于温度变化的幅度。温度变化愈快,岩石破坏也愈迅速,所以受日温差影响较大,受年温差影响较小。在干旱、半干旱沙漠地区,岩石表面的温度可超过60℃,那里岩石的物理风化作用最强烈。岩石白天在太阳照射下,由于比热容小,表层很快灼热增温,产生热力膨胀,但是岩石又是热的不良导体,岩石表层以下增温很慢,在岩石表层其下层之间便出现了极大的瞬时温差(在深达1~2m,有时可相差数十度),由于岩石表层与下层热应力引起的膨胀变形量不同,因而产生了它们之间的张应力差别。夜间正相反,表层散热快,迅速发生体积收缩,下层散热慢,还大体保持原来的体积,两者之间不同步变形,日久天长,岩石经过张应力、压应力频繁作用,加之岩石是脆性固体,一旦超过岩石的强度极限,岩石就会产生许多风化裂隙。这些大致与表面平行的裂隙,使岩石表面发生层状剥落。当它与垂直裂隙组合在一起时,会使岩石发生块状崩解(图3-3)。岩石是矿物的集合体。各种矿物的热力膨胀系数不同,如在50℃时,×103,×103,×103。即使是由单一矿物组成的岩石,其各方向的膨胀系数也都不同。如石英、长石等晶体沿某些晶轴方向的线膨胀系数为其他晶轴方向的20倍,再加上矿物之间颗粒大小、颜色深浅的不同,当日温差发生剧烈的变化时,各种矿物膨胀变形量不同,削弱了彼此之间的凝聚力,它们就逐步崩解为松散状态的矿物颗粒或岩屑。在沙漠旅行过的人,到了夜晚可以听到石头因热力崩解破裂而发生的爆裂声,有人也曾直接观察到沙漠中大块石英岩或砾石发生裂开的现象