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什么是風(fēng)化作用？

風(fēng)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(chǎn)生物理、化學(xué)變化而在原地形成松散堆積物的全過程。

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風(fēng)化作用的類型

物理風(fēng)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(fā)生機械崩解、破裂的作用。物理風(fēng)化作用只使巖石發(fā)生崩解而不改變其化學(xué)成分。常見的物理風(fēng)化的方式有溫差風(fēng)化、冰劈風(fēng)化（凍融風(fēng)化）、鹽類結(jié)晶與潮解作用和層裂作用。

下圖為巖石物理風(fēng)化過程示意，包括兩種最常見的方式：溫差風(fēng)化與凍融風(fēng)化

制圖@楊寧/星球研究所）

▲物理風(fēng)化示意圖

（1）溫差風(fēng)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(dǎo)體，在長期的晝夜、季節(jié)性溫差變化的影響下，巖體表里受熱不均，脹縮交替，反復(fù)進(jìn)行，致使巖石表里間產(chǎn)生裂隙甚至崩解成碎塊。若巖石中礦物的熱膨脹系數(shù)各不相同，溫差變化，還會削弱礦物間的結(jié)合力，致使部分礦物脫落。（如下圖）

（2）冰劈風(fēng)化（又稱凍融風(fēng)化）：巖石裂隙中的水凍結(jié)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(jié)成冰，體積膨脹。當(dāng)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(jié)-融化反復(fù)發(fā)生，最后巖石裂為碎塊。

▲巖石凍融風(fēng)化后破碎

（3）鹽類結(jié)晶和潮解作用：在干旱、半干旱氣候區(qū)，蒸發(fā)量大，巖石裂縫中的含鹽溶液易于飽和而結(jié)晶。結(jié)晶時體積增大，對兩壁也施加壓力。當(dāng)空氣濕度增加時，已結(jié)晶的鹽類又潮解為溶液，進(jìn)一步滲入巖石內(nèi)部。鹽類的結(jié)晶-潮解反復(fù)進(jìn)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(chǎn)生向上和向外側(cè)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(fēng)化作用的進(jìn)行，風(fēng)化的巖體裂隙度增大，滲透性增強，風(fēng)化碎屑的直徑變小而表面積逐漸增大，這就為化學(xué)風(fēng)化作用的進(jìn)行創(chuàng)造了條件。

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

化學(xué)風(fēng)化

指巖石在大氣、水與生物作用下發(fā)生分解進(jìn)而形成化學(xué)組成與性質(zhì)不同的新物質(zhì)的過程。

具體表現(xiàn)：巖石中的礦物從生成環(huán)境轉(zhuǎn)入地表時失去穩(wěn)定性，沿裂隙和節(jié)理發(fā)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?yōu)楹V物。具體表現(xiàn)：巖石體積膨脹、硬度降低、抵抗風(fēng)化能力削弱，并對周圍巖石產(chǎn)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(jìn)入地表巖石，水中的氫離子和礦物的鹽基離子發(fā)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(zhì)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(jìn)一步形成各種硫酸鹽。）

【注意】在化學(xué)風(fēng)化過程中，水化、水解、溶解和氧化作用往往同時進(jìn)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(wěn)定的元素形成新的粘土礦物。化學(xué)風(fēng)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(xué)風(fēng)化。

生物風(fēng)化

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

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

生物風(fēng)化作用通常伴隨著其他兩種風(fēng)化作用進(jìn)行。

▲植物根劈作用

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▲視頻 | 什么是生物風(fēng)化？以黃山松為例

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影響風(fēng)化作用的因素

風(fēng)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(zhì)。

巖石的特性

這是影響風(fēng)化作用的內(nèi)在因素。巖石的種類，造成礦物的物理和化學(xué)性質(zhì)，巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都影響風(fēng)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(fēng)化。多種礦物組成的巖石，因各種礦物熱脹系數(shù)不同而比單礦物組成的巖石易風(fēng)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(fēng)化。造巖的組成礦物顆粒粗、粒徑不均勻的比細(xì)而均勻的易受溫差風(fēng)化。此外，巖石中膠結(jié)物的成分和膠結(jié)方式、巖石裂隙發(fā)育程度等，也都影響巖石的抗風(fēng)化能力。

氣候條件

氣候是影響風(fēng)化作用的基本因素。大氣溫差變化越大，物理風(fēng)化作用越強；

水量充足有利于物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)；生物，尤其是植物的大量繁殖促進(jìn)生物風(fēng)化等。不同氣候帶的風(fēng)化作用類型和發(fā)育程度不同。

極地嚴(yán)寒，降水以雪為主，物理風(fēng)化最為強烈，幾乎沒有化學(xué)風(fēng)化。

熱帶、亞熱帶高溫多雨，化學(xué)風(fēng)化強烈，常可達(dá)到風(fēng)化作用的終極階段。

溫帶，氣候條件適中，化學(xué)風(fēng)化和物理風(fēng)化發(fā)育程度大致相當(dāng)。干旱荒漠區(qū)溫差大，雨量小，物理風(fēng)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(fēng)化作用；

中低緯度高山地區(qū)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(fēng)化類型、風(fēng)化產(chǎn)物有不同。地形的陡緩則直接影響風(fēng)化作用的進(jìn)展?fàn)顩r和風(fēng)化產(chǎn)物保存條件。地形平緩，地下水位高，有利于化學(xué)風(fēng)化和風(fēng)化產(chǎn)物的保存，殘積層厚有利于風(fēng)化作用發(fā)展到最后階段。地形陡峻，利于水的排泄，元素容易遷移，風(fēng)化產(chǎn)物不易保存，因而殘積層薄，物理風(fēng)化比較顯著。

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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(fā)生機械破碎而不改變巖石化學(xué)成分的作用叫物理風(fēng)化作用。通常情況下，氣溫日較差大的地區(qū)，物理風(fēng)化作用強烈。據(jù)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(qū)物理風(fēng)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(fēng)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(jù)材料，物理風(fēng)化強烈的地區(qū)為氣溫日較差大的地區(qū)。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(qū)，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(jù)所學(xué)知識我們知道，在一天中最高溫出現(xiàn)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(dá)到更高，晝夜溫差更大。故選D。

20. C 物理風(fēng)化作用最弱的也就是氣溫日較差最小的地區(qū)，氣溫日較差主要受天氣、海拔、下墊面等因素影響，四個地區(qū)中，熱帶雨林帶地區(qū)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(fēng)化為題材，通過對物理風(fēng)化的定義，提示考生關(guān)注影響物理風(fēng)化作用的主要因素。風(fēng)化可以分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。物理風(fēng)化又可以分為由于溫度變化產(chǎn)生的熱脹冷縮作用下產(chǎn)生的機械破碎和由于結(jié)冰融冰導(dǎo)致巖石反復(fù)受力產(chǎn)生的破碎（寒凍風(fēng)化）。