1.物理风化作用
由于温度的变化,岩石孔隙、裂隙中水的冻融以及盐类物质的结晶膨胀等作用,使岩石发生机械破碎的作用,称为物理风化作用。
(1)热力风化。岩石在白天受到阳光照射时,表层首先受热发生膨胀,而内部还未受热,仍然保持着原来的体积。在夜间,外层首先冷却收缩,而内部余热未散,仍保持着受热状态时的体积。这样,岩石由于长期处于表里胀缩不一,便逐渐产生了纵横交错的裂隙以致破裂,岩体便由表及里一层一层地遭受破坏。同时又因大多数岩石是由多种矿物组成的,而不同矿物的膨胀系数不同,当温度变化时矿物胀缩也不一致,天长日久,也能使岩体崩裂破碎。
(2)冻融风化。在高寒地区,当气温降到0℃或0℃以下时,岩石裂隙中的水由液态变成固态,体积膨胀,产生了很大压力,使岩石裂隙扩大;当冰融化后,水沿着扩大了的裂隙向深部渗入,如此一冻一融反复进行,就像冰楔子一样直到把岩体劈开破裂,称为冰劈作用 (图1.15)。
此外,当水中溶解有盐类物质时,水分蒸发后盐类便在裂隙中结晶,对岩石产生了撑胀作用,也会使岩石裂隙扩大,导致岩石崩解。
2.化学风化作用
化学风化作用是指岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等作用下所引起的破坏作用。这种作用不仅使岩石破碎,更重要的是使岩石成分发生变化,形成新矿物。化学风化作用的方式主要有以下几种。
(1)水化作用。水和某种矿物结合形成新矿物。例如:
图1.15 冰劈作用(www.xing528.com)
水化作用可使岩石因体积膨胀而致破坏。
(2)氧化作用。是氧和水的联合作用,对氧化亚铁、硫化物、碳酸盐类矿物表现比较突出。例如:黄铁矿氧化后生成的硫酸对岩石和混凝土具有强烈的侵蚀破坏作用。
(3)水解作用。是指矿物与水发生化学作用形成新的化合物。例如:水解作用会使岩石成分发生改变,结构破坏,从而降低岩石的强度。
(4)溶解作用。是指水直接溶解岩石矿物的作用。例如:
溶解作用促使岩石孔隙率增加,裂隙加大,使岩石遭受破坏。
3.生物风化作用
生物风化作用是指岩石由生物活动所引起的破坏作用。这种破坏作用包括机械的(如植物根系在岩石裂隙中生长)和化学的(如生物的新陈代谢中析出的有机酸对岩石产生的腐蚀、溶解)。此外,人类的工程活动也对岩石风化产生一定的影响。
在自然界中,上述三种风化作用是彼此并存、互相影响的。在不同地区,它们作用的强弱有主次之分。例如:在干寒和高山地区以物理风化为主,而在湿热多雨地区则以化学风化为主。
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