一、先成岩石的破坏

引起岩石的破坏有风化作用和剥蚀作用。

（一）风化作用

暴露于地表或接近地表的各种岩石，在温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物作用下在原地发生的破坏作用，称为风化作用。风化作用使地壳表层岩石逐渐崩裂、破碎、分解，同时也形成新环境条件下的新稳定矿物。风化作用是破坏地表和改造地表的先行者，是使地表不断变化的重要力量，是沉积物质的重要来源之一。

风化作用的类型 一般可以分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用等 3 种类型。

物理风化作用是指地表和靠近地表岩石因温度变化等在原地发生机械破坏而不改变化学成分、不形成新矿物的作用。这种作用又称机械风化作用。物理风化作用的方式主要有温差风化、冰冻风化、层裂等。

温差风化日夜和季节温度变化可使岩石膨胀和收缩。岩石是一种传热的不良导体，在白天因受阳光曝晒，温度增高，表面体积膨胀，但内部很少受到热力的影响；夜间，当岩石表面逐渐冷缩，内部却因受到传导进来的热力影响而膨胀。如此经常不断地表里不均地膨胀与收缩，一方面产生垂直岩石表面的裂隙，另一方面产生平行岩石表面的裂隙，彼此脱离，层层剥落，岩石就破碎了（图 4-1，4-2）。

冰冻风化填充于岩石裂隙和孔隙中的水分因冰冻使岩石机械破碎，称为冰冻风化。实际上这也是由温度变化间接使岩石破碎的现象。在高寒、高山及季节变化显著的地区，常在一年或一日之内，发生冰冻及解冻现象。水结冰以后体积约增加 1/11 ，在裂隙和封闭孔隙中可产生巨大的压力

（960kg/cm2），从而可以撑开和扩大裂隙；气温上升，冰融成水，继续向裂隙深处渗透。这样一冻一解，反复进行，足可把岩石劈开崩碎，因此裂隙中的冰冻作用犹如一把砍石利斧，故亦称为冰劈作用。

层裂作用位于地下深处的岩石，因承受上覆岩石的巨大静压力，处于坚实致密状态。这样岩石一旦上升，上覆岩石被剥蚀而出露地表，如释重负，体积膨胀，因而可产生平行于地表的裂隙，亦可称为卸荷裂隙；如果是具有层理的沉积岩石，层与层之间也可张开。这样，便助长了岩石的机械破碎。这种现象称为层裂作用。

化学风化作用是指地表和接近地表的岩石因与水溶液、气体等发生化学反应而在原地不仅改变其物理状态，而且也可改变其化学成分、发生化学分解，并可形成新矿物的作用。水是引起化学风化作用的重要因素，特别是在水中溶有 CO2、O2 等气体成分，其作用便更加显著。化学风化作用主要有以下方式：

溶解作用水在自然界中普遍存在，水与岩石相遇，即与其中的矿物发生溶解作用。矿物溶解的难易主要决定于矿物的溶解度。因此矿物有易溶矿物和难溶矿物，一般说来，其难易顺序如下：K+、Na+等的氯化物＞Ca2+、Mg2+ 等的氯化物和硫酸盐＞Ca2+、Mg2+等的碳酸盐＞Fe3+、Al3+、Si4+等的氧化物和硅酸盐。若以常见造岩矿物论，其溶解度大小顺序如下：

方解石＞白云石＞橄榄石＞辉石＞角闪石＞斜长石＞钾长石＞黑云母

＞白云母＞石英。

矿物的溶解度除与矿物本身的化学组成有关外，还与水温、压力、CO2 含量、pH 值等有关。

岩石受到溶解作用，其中易溶矿物随水流失，而难溶矿物则残留原地，

同时岩石中孔隙增加，变得松散软弱，为进行物理风化作用提供了有利条件。

水化作用又称水合作用，即物质与水相结合的作用。如矿物与水作用，水可以直接参加到某些矿物中去，形成结晶水，产生新的含水矿物，例如硬石膏（CaSO4）变成石膏（CaSO4·2H2O）、赤铁矿（Fe2O3）变成褐铁矿(FeO[OH]·nH2O)等。同时水化作用形成的新矿物，往往体积膨胀，对周围岩石产生很大压力（如硬石膏变成石膏，体积可增大 30％），从而引起岩石的机械破碎。

水解作用即矿物与水相遇，引起矿物分解并形成新矿物的作用。由于水中常有一部分水分子离解成 H+及 OH-离子，从而使水成为具有活泼离子化学活动性很强的溶液。各种弱酸强碱或强酸弱碱的盐类矿物溶于水后也出现离解现象，其中离解物可与水中的 H+或 OH-离子发生化学反应。如矿物中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子很容易被水中的 OH-离子夺取结合，原矿物被分解破坏，同时又形成一些新的矿物。如钾长石在水解作用下，一方面形成 KOH 溶液（K+与 OH-结合）随水流失，一方面析出 SiO2 胶体或随水流失，或胶凝形成蛋白石（SiO2·nH2O），其余部分则可形成难溶的高岭石残留于原地。

4K[AlSi3O8]+6H2O→4KOH+Al4[Si4O10][OH]8+8SiO2

钾长石高岭石硅胶

这只是一个例子，实际上各种硅酸盐类、其他盐类都可在水解作用下发生分解和产生新的矿物。

碳酸化作用自然界基本没有纯水，水中常含有各种酸类（碳酸、硫酸、硝酸等），可加速对各种岩石的破坏作用。特别是含有碳酸的水对岩石的破坏作用更为普遍。

一、先成岩石的破坏 - 图1 例如，碳酸盐在含有 CO2 的水中，就会转变为重碳酸盐，其溶解度比碳酸盐大十几倍到几十倍。

又如，水中溶有CO ，与水结合形成碳酸，其碳酸根CO^2-

极易与矿物中的 K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子化合成易溶碳酸盐类，从而使矿物的离解能力增加，加速化学反应过程。仍以钾长石为例，其中 K+与

CO^2-化合成KCO

₃随水流失，析出的部分SiO

2 胶体或随水流失

或胶凝成蛋白石，同时形成的难溶的高岭石则残留于原地。这一过程比起前述单纯水解过程要快得多。

一、先成岩石的破坏 - 图2

在湿热气候条件下，高岭石还可继续分解，析出其中的 SiO2，形成铝土矿（Al2O3·nH2O）而残留于原地。

总之，在地壳中分布很广的铝硅酸盐（各种长石等）、铁镁硅酸盐（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等）及其他矿物在水解作用及碳酸盐化作用下，最终都要彻底分解，形成易溶碳酸盐（流失）、SiO2 胶体（流失或沉淀）和不溶的粘土矿物（高岭石等）、铝土矿物以及褐铁矿等（残留原地）。

氧化作用在大气和水中含有大量游离氧，大气中占 21％，溶于水的气体中氧占 33—35％。岩石中矿物在氧的作用下，使其中低价元素变为高价元素，低价化合物变为高价化合物，这种作用称氧化作用。

在地壳表部氧化作用普遍而强烈，形成氧化带。氧化带的下界面称氧界面，大约和地下潜水面的位置相当。在这界面以上进行氧化作用，在这界面以下进行还原作用。氧化带的深浅各地不一，主要与岩石破碎程度、气候、地下水位等有关。例如，岩石裂隙发育、气候干燥、地下水位深，则氧化带也深，可达到地下 1km；若岩石完整，气候潮湿，地下水位浅或者在沼泽地带及冻土地区，氧化带就浅，氧界面可能就在地表附近。

许多含有变价元素的矿物，在缺氧条件下形成低价元素化合物；在氧化带则被氧化形成高价化合物。最易氧化的是低价氧化物、硫化物。例如黄铁矿在含有游离氧的水中，首先其中 S-变成 S6+并组成

SO^{2- ；其中的F2+ 与SO2-}化合形成铁矾（FeSO ·nH O）；

4 4 4 2

接着铁矾被氧化、水解，F2+变成 Fe3+而形成稳定的褐铁矿（FeO［OH］）并残留于原地。其化学反应过程如下：

2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4

4FeSO4+2H2SO4→2Fe2(SO4)3+2H2O

2Fe2(SO4)3+9H2O→FeO[OH]·H2O+6H2SO4

褐铁矿

此外，含低价铁的硅酸盐类及其他矿物，都可被氧化破坏，变成含高价铁的赤铁矿或褐铁矿，许多矿物和岩石的风化面常染成红、褐色，就是这种缘故。

生物风化作用由于生物作用使岩石在原地发生破坏，叫生物风化作用。因为在地壳表层、大气圈和水圈中都有生物存在，在其成长、新陈代谢和死亡过程中，都可引起岩石的破碎和分解，所以生物风化作用是很普遍的，也是在已知各星体中只有地球才有的一种独特的地质作用。生物风化作用的方式可分为两种：

生物的物理风化作用如穴居地下的蚯蚓、蚂蚁、鼹鼠、黄鼠、田鼠等，经常挖洞钻土，破坏土层。所谓“蝼蚁之穴可溃千里之堤”，也说明其破坏力量之大。又如植物根系可以伸入岩石裂隙生长，对岩石可产生 10 — 15kg/cm2 的压力，足可劈开岩石，并使裂隙不断扩大加深（图 4-3）。

生物的化学风化作用如各种藻类、苔藓、地衣等在生长过程中，经常分泌有机酸、碳酸、硝酸等，分解岩石，吸取营养。特别是微生物的生物化学风化作用更为强烈，有人统计微生物对岩石的总分解力大大超过动植物的总分解力。此外，动植物死亡后可分解出 CO2、H2S 和各种有机酸，在还原环境中植物死亡还可形成腐殖质，使岩石被腐蚀破坏。例如，把 1g 钾长石放入有腐殖质的 10％的氨水溶液中，密封后经 2—3 天钾长石即可完全分解，而形成高岭石。腐殖质和矿物中的阳离子可形成腐殖酸盐，以胶体状态随水流失。腐殖质还可使氧化物还原，如使难溶于水的 Fe2O3 还原为可溶的 FeO，加速岩石的分解破坏。

生物风化作用所以重要，不仅在于它可破坏分解矿物岩石，而且还在于它参予形成矿物质和有机质共存的新物质——土壤。关于土壤的知识此处从略。

各种风化作用的相互关系 上述物理的、化学的、生物的风化作用，实际上并不是孤立进行的，而是一个互相联系互相影响的统一过程。物理风化使岩石逐渐崩裂破碎，产生、扩大和加深岩石裂隙，并增大岩石的表面积，有利于水溶液、气体和生物渗进岩石中，为化学风化提供了有利条件，从而加速风化的进程，扩大风化范围；反过来，由于岩石的化学分解，一方面使岩石变得松软，降低抵抗机械破坏的能力，一方面因有些矿物经水化作用变

为含水矿物，体积膨胀，产生很大的压力，这些都为物理风化提供了有利条件。

不过，必须说明以下两点。物理、化学风化虽然常同时进行，互相影响，但物理风化使岩石破碎到一定程度，即无能为力。据实验，岩石碎屑粒径小于 0.02mm，大多即不再发生机械崩裂。但化学风化却可继续使碎屑分解，最后形成胶体及真溶液。由此可见，物理风化是化学风化的“开路先锋”，而化学风化使物理风化继续深入。这是第一点。第二点是，在一定自然地理条件下，常常是以某一种风化作用占主导地位，例如，在高寒和干燥地区往往以物理风化作用为主，而在潮湿炎热地区则往往以化学风化作用为主。

影响风化作用 的因素风化作用的程度、速度和深度决定于岩石的性质和外界条件。

岩石性质 岩石的性质是风化作用的内因，在相同地理条件下因岩性不同，其风化结果也不同。例如：

深色岩石比浅色岩石更容易受到温度变化的影响；

火成岩和变质岩多是在地下较高温度和较大压力条件下形成的，故当其暴露于地表时，往往比形成于地表环境的沉积岩更易受到风化；

复矿物成分的岩石比单一矿物组成的岩石更容易受到破坏（如花岗岩由石英、长石、黑云母等组成，其比热、膨胀系数等不同，各种矿物颗粒在温度变化情况下胀缩不均，容易分崩离析；同时，各种矿物抵抗风化的能力也不相同，如石英是最稳定矿物，在风化过程中几乎不发生分解，只有机械破碎，形成石英砂；而长石、黑云母等则极易化学分解）；

易溶岩石（各种碳酸盐岩）比不溶岩石容易受到破坏；

岩石中矿物颗粒的粗细、均匀程度、胶结物成分、层理厚薄等也都能影响到风化的方式和进程，如颗粒粗细不均、胶结物为易溶成分，层理薄而松脆等容易受到风化破坏；

岩石中节理和裂隙发育情况，对于风化作用的影响很大。岩石中节理和裂隙是水溶液、气体和生物活动的通道和场所，可以促进风化作用。有些岩石如花岗岩、辉绿岩等常被三组近于直交的节理切成若干方块，在棱和角的地方，岩石的自由表面积最大，首先遭受风化，棱角逐渐消失变成球形，这种现象称为球状风化（图 4-4）。在野外还经常看到这种风化球体由表及里岩石层层剥落的现象，称为页状剥离作用（图 4-5）。

气候条件气候状况对于风化作用的方式和速度影响很大。特别是气温和降水与风化作用的关系尤为密切。众所周知，化学反应速度随温度升高而变快（在地表条件下温度升高 10℃，化学反应速度可增加为原来的 2

—3 倍），而水分往往是化学反应的媒介和因素，故在湿热气候条件下，化学风化作用、生物风化作用特别显著、彻底，风化层厚度可达 70—80m。在高山及高寒地区，冰冻风化特别强烈，化学风化则非常微弱。在干旱及沙漠

地区，温差风化十分显著，化学风化和生物风化都不明显。

地形条件地形起伏对风化的影响也很大，而且影响到风化作用的类型、速度、风化层的厚度等方面。在地形陡峭的高山地区，因温差大、冰冻现象显著，常以物理风化为主；且风化碎屑在重力作用下很容易脱离母岩，因而经常裸露出新鲜岩石继续遭受风化，风化速度较快，但风化产物在原地不易保存。在地形起伏较小或山麓地带，风化产物不易搬走，在物理风化的基础上往往经历长期的彻底的化学风化，风化层的厚度也较大。在沉积物覆盖的低洼或平原地区，其下基岩受到保护，不易遭受风化作用。有时同一山体，其阳坡和阴坡由于太阳辐射、温差变化以及水分湿度等各不相同，风化情况也常有差异。

风化产物 任何暴露地表的岩石和矿物，都不可避免地要遭受风化作用的破坏。表 4-1 以花岗岩为例说明了各组成矿物在风化作用中的变化。