风化与土壤的形成

裸露在地表的岩石，经过与大气圈、水圈和生物圈的漫长作用，由整块变成碎块再变成碎屑，这是一个岩石的风化过程。被风化的岩石是土壤的母质。生物圈的动植物给这些母质提供了养分，使其成为有一定肥力的土壤。岩石在整个风化过程中可表现为两种风化形式：物理风化、化学风化和生物风化。在 4 亿年前，地球上少有植物覆盖，气候恶劣、物理和化学风化作用很强。

物理风化是一种物理过程，岩石在崩解破碎过程中不改变矿物成分和成学成分。地球上的岩石是在高温和高压的环境条件下形成的。地表的温度和压力降低，岩石表现出一种不稳定性。岩石受到的种种机械破坏作用以冰冻作用最为显著。在寒冷地区，气温在零度上下波动，反复地收缩和膨胀使岩石破裂。

化学风化是岩石的化学分解过程。在水、氧气和二氧化碳的作用下，岩石会产生化学反应。有的岩石被氧化，有的岩石被水溶解，有的岩石被分解， 因而破坏了矿物质的内部结构并产生新的矿物质。气温和水温对化学风化的速度有很大的影响。高温潮湿的气候有利于岩石的化学风化。在热带森林带， 年平均降水量在 3000 毫米左右，年平均蒸发量在 900 毫米左右，年平均温度

达 25 摄氏度。热带森林地区充足的雨量和较高的气温，使得化学风化较亚热带森林带、热带草原带、温带森林带、温带草原带、半荒漠草原带、荒漠带及苔原带等地带都更强烈，花岗岩类岩石的长石完全变成粘土矿物。热带森林带的化学风化对岩石的破坏深度可达 70 米，形成很厚的土壤层。

生物风化是岩石在生物的作用下发生的机械破碎和化学分解过程。生长

在岩石裂隙中的植物，尤其是根深叶茂的大树，其根系深入到岩石内部达几十厘米甚至 1 米，作用于岩石上的压力可使每平方厘米的岩石受到 10～15 公斤力，导致岩石的裂隙加大，最终使岩石崩碎、瓦解。

物理风化与化学风化都包含有多种物理、化学过程、在多数情况下是互相配合同时对岩石起作用的。物理风化和化学风化的结果使岩石破裂最终成为细粉，并为土壤提供了矿物质，即简单的盐类。生物的作用，特别是植物和微生物的作用给土壤提供了其他养分，使物理、化学的风化物成为具有肥力的土壤。

土壤中的氮是由某些固氮微生物吸收空气中的氮并将其固定在土壤中形成的，如大豆的根瘤菌就能起到固氮作用。微生物的另一个重要作用是使死亡后的动植物产生一种生物化学作用，使得动植物的有机质一部分经过微生物的分解转化，被正在生长着的植物直接吸收；一部分经过一个复杂的合成过程，使动植物尸体转变成为腐殖质埋藏在土壤中。

土壤与生态循环

土壤是植物生长的物质基础。有了土壤，地球上的生物才能生机勃勃。从前 4 亿年产生陆生植物后，植物在地球上逐渐繁衍。从煤矿和石油矿的分

布看，从石炭纪到晚第三纪的近 4 亿年间，在中纬度及其附近地区森林广泛覆盖地表。全球煤碳和石油的贮藏量估计达上万亿吨，其含碳量是地球现有活有机体含碳总量的五十多倍。

植物生长所必需的水分和营养物质主要是通过根系取之于土壤。绿色植物吸收空气中的二氧化碳，利用绿叶中保存的叶绿素吸收太阳光的能量，完成绿色植物的光合作用。光合作用的过程可用化学方程式表示为：

6CO

• 12H O ^{太阳光→ C H O}

• 6O

• 6H O

2 2 叶绿素

6 12 6 2 2

其中 C6H12O6 是葡萄糖的分子式。光合作用生成 1 克分子的葡萄糖需要消耗3867480 焦耳的能量。光合作用将太阳的能量转化为植物的内在能量，维持植物的生长。

不仅植物吸收二氧化碳，许多植物还可以吸收其他气体，如夹竹桃对二氧化硫、氯气、氟化氢等有害气体有很强的吸收能力，并在光合作用后放出氧气。植物的这种能力对提高空气的含氧量、清新空气、改善动植物的生存环境都是有利的。

植物对于调节气候也是非常重要的，尤其是在干旱和半干旱地区，如果在那里种植能生长的植物，增加植被，就可以阻挡风沙的侵袭，固定土壤， 防止水土流失。植物叶面蒸发水分，可以使气候湿润起来，从而达到调节气温的作用。

生物的生存是以能够获得足够的能量为前提的。植物经过光合作用，将太阳的光能转化为植物的内能，维持植物的生长。草食动物咀嚼植物获得能量维持其生长。食肉动物以食用草食动物作为其生存的条件。未被吞食的动植物残体经过微生物的生物化学作用变成腐殖质进入土壤，成为植物生长所必需的营养物质。这样一个食物链，维持了地球上所有动植物的生命，构成了地球上的生物圈。

生物圈、气圈、水圈和岩石圈的相互作用形成了一个大的循环（见图

1. 。