化学风化 百科内容来自于: 百度百科

化学风化(chemical weathering)岩石发生化学成分的改变分解,称为化学风化。例如,岩石中含铁的矿物受到水和 化学风化空气作用,氧化成红褐色的氧化铁;空气中的二氧化碳和水气结合成碳酸,能溶蚀石灰岩;某些矿物吸收水分后体积膨胀;水和岩层中的矿物作用,改变原来矿物的分子结构,形成新矿物。这些作用可使岩石硬度减弱、密度变小或体积膨胀,促使岩石分解。

简介

自然界的岩石都形成于特定的地质条件下,在高温,高压,少游离氧的条件下处于相对稳定状态。岩石一旦出露或接近地表,接受太阳的辐射热,并与大气圈,水圈和生物圈相接触时,岩石不再保持稳定,而发生一系列的变化,如崩裂,分解成地表稳定的新矿物。这种使岩石在原地发生物理状态或化学成分变化的破坏作用叫风化作用。通常将自地面往下一定深度有风化作用的地带称作风化带。根据风化作用的因素、作用方式和性质,一般将其分为物理风化作用化学风化作用生物风化作用三种类型。
喀斯特地貌

喀斯特地貌

化学风化是地壳表面岩石在水及水溶液的作用下发生化学分解的作用。主要有溶解水化水解、氧化和碳酸化等几种。如各种碳酸盐岩可以溶解于含有CO2的水中。水化是指水直接参加到矿物中去,使某些矿物变成含水矿物,如硬石膏变为石膏等。氧化是指岩石在空气和水中游离氧的作用下,使其中低价元素转变为高价元素、低价化合物转变为高价化合物,如黄铁矿中的低价铁变为含高价铁的褐铁矿等。水解是指矿物与离解的水相遇引起分解的作用。如花岗岩中的正长石在湿热气候条件下,形成KOH溶液及SiO2胶体,随水流失;另外形成不溶于水的高岭石。4K[AlSi3O8]+6H2O 4KOH+ Al4[Si4O10][OH]8+8 SiO2高岭石高岭石进一步分解变为铝矾土:Al4[Si4O10][OH]8+n H2O 2 Al2 O3?n H2O+4 SiO2+ 4H2O铝矾土+4SiO2+4H2O岩石的化学风化和物理风化是互相联系和互相促进的,但在炎热多雨的气候条件下,化学风化特别显著。
化学风化作用中表现最突出的是氧化作用和水及水溶液的作用。
氧化作用主要是游离氧造成,它使低价元素变成高价元素,低价化合物变成高价化合物。含有低价铁的硅酸盐、硫化物最易受氧化作用影响。如黄铁矿氧化形成褐铁矿,其中的硫氧化后形成H2SO4并流失。水的作用主要有水化作用(水与矿物反应生成水合矿物,如赤铁矿变为褐铁矿)、水解作用(水电解生成的H+、OH-造成岩石破坏)。当水中含有溶质,尤其是酸性物质时,水的破坏作用就明显加强,其中最常见的是CO2溶于水形成碳酸的溶蚀作用。在地表或接近地表的条件下,岩石矿物在原地发生化学变化并可产生新矿物的过程叫化学风化作用。
化学风化

化学风化

化学风化作用的主要因素是氧和水溶液,其进行的方式主要有氧化作用和水溶液的作用。自然界的的水都是水溶液,它溶解有多种气体和化合物,除具有溶解、水化和水解性能,还具碳酸化作用的能力。
化学风化作用破坏了原有矿物、岩石,产生了新的矿物岩石,其最终产物只有少数几种,如残余红土、残余高岭石等。其原因在于化学风化作用过程受元素化学性质的支配,一切活泼元素都从矿物中风化出来并随水流失,只有性质稳定的元素才残留原地。右图为化学风化造成的红土型地貌。

作用

矿物溶于水的过程就是溶解作用。在水与岩石相接触时,溶解作用通常是岩石遭受化学风化作用的第一步。水是一种天然的溶剂,经过水的溶解作用,岩石中的易溶物质随水流失,难熔物质残留于原地。溶解作用形成的典型地貌即喀斯特地貌
矿物中的低价元素与大气中的游离氧化合变为高价元素的作用,氧化作用更为强烈。把地壳表层进行氧化作用的范围叫作氧化 带,在地下水面较低、地形起伏较大、岩石裂隙发育以及湿润气候条件下,氧化带较厚;在沼泽和终年冻结区,氧化带只限于地面附近。
氧化作用可使一些金属硫化物矿床的露头发生氧化形成由褐铁矿组 成的红褐色或黑褐色的产物,叫铁帽。它指使其下埋藏有原生的金属硫化物,是一种良好的找矿标志。
有些矿物与水作用时,能够吸取水分做为自己的组成部分(为结晶水或结构水,形成含水的新矿物,称为水化作用。例如,硬石膏(CaSO4)经水化作用后形成石膏(CaSO4.2H2O)。
水本身可离解成H+、OH+离子,使水成为具活泼离子的离解溶液。各种弱酸强碱强酸弱碱盐类矿物溶于水后,也出现离解现象,这些离解物可与水中活泼的H+、OH+离子发生化学反应,形成新矿物,这种复分解反应过程,称为水解作用地壳中最多的硅酸盐和铝硅酸盐类矿物,它们是弱酸强碱的化合物,易被水解作用而破坏。例如,钾长石遇水可发生水解作用,开始析出的阳离子K+与水中的OH+离子结合,形成KOH随水流失;析出一部分SiO2可呈胶体溶液随水流失,或形成蛋白石(SiO2.nH2O)残留于原地;其余部分可形成难溶于水的高岭石而残留于原地。钾长石被水解作用的化学反应为:
4K[AlSi3O8]+6H2O ------- 4KOH+8SiO2+Al4[Si4O10][OH]8
(钾长石)  (高岭石)
当水中溶有CO2时,与水结合形成碳酸,碳酸根易与矿物中的阳离子化合成易溶于水的碳酸盐,从而使水溶液对岩石中的矿物离解能力加强,化学反应速度加快,这种化学作用称碳酸化作用。

影响因素

岩石的地球化学特征是影响化学风化作用的主要因素。不同的岩石由于化学成分的不同,其化学活动性也明显不同(主要表现在原子价、离子半径、离子亲和力、化合能力和极化能力等方面),容易被氧化、溶解的岩石出露区,总是化学风化作用较为强烈的地段。同一岩石中由于不同矿物成分的差异,也会造成风化作用的差异。
有机界的作用是化学风化过程中另一个重要的因素。在坚硬的岩石表面出现生物(微生物、苔藓等)起,化学风化的作用就开始了。由于生物吸收的成分与岩石的成分有较大的差异,造成了岩石的风化。同时,生物的新陈代谢过程所产生的氧气、有机酸等物质,加速了化学风化的进程。
气候环境同样是影响化学风化过程的重要因素。干燥炎热的气候使得氧化作用容易进行,潮湿的气候则使得溶解作用、水解作用易于发生。地形会影响气候条件,山地的垂直分带现象会影响温度风化作用和生物风化作用的进行。山的阴坡和阳坡因为日照的条件不一样,在阳坡一面通常温度风化作用较为强烈。地下水的性质特征、地球化学场构造活动性等环境因素也都影响化学风化作用的进程

意义

岩体化学风化在空间上具有高度的非连续性,这种非连续性广泛存在于从宏观、细观到微观的所有尺度。宏观结构面是化学风化最主要的发生场所;风化岩体内,新鲜岩块被沿结构面内法线方向发育的腐蚀带包围,呈斑点状分散于腐岩中。微缝等细观损伤普遍存在于各类岩石中;化学风化从岩块内不同空间位置的水力有效空隙向三维空间扩展,决定了细观尺度上化学风化的非连续性。矿物溶解是在晶体中具有过剩表面能的缺陷位置优先发生,因而具有显著的微观非连续性。由于非连续特性,化学风化可增大水岩界面,提升矿物溶解反应的规模及速率。通过对既有损伤的扩展及在损伤空间堆积残余物,化学风化具有分离—裂化岩体、岩块及造岩矿物的重要作用,这种作用可使以新鲜岩石为主的岩体大规模脱离母岩,而堆积于坡脚的岩石块体在化学风化的继续作用下,可裂解为更小的岩屑或矿物碎屑,为向水体搬运创造条件,从而极大地促进斜坡夷平及地貌重塑进程。
石材的化学风化石指石材在经受物理风化中同时还伴随着化学
成分的变化,并产生了新物质,这种新物质破坏了石材的理化性能和外在的美观。石材的化学风化主要类型如下。
(1)水溶性作用
石材中的矿物经水的浸泡后.在一定温度下.可发生化学变化。这一过程也称为石材的微粒水解。具体是岩石中的长石水解时.水分子中的H+咒换出长石中的碱离子,11+离子进入石材的品格中生成新的钻土矿物.例如正长石经水解后.形成高岭石或铝矾上
(2)氧化反应
主要是石材内的金属矿物与氧发生化学反应使石材变色、酥松、裂隙等。在石材中最常见也是最易发生氧化反应的是铁质矿石中的黄铁矿、硫铁矿.其氧化作川最为明显。许多石材安装之后,发生氧化反应之后出现黄锈、黄斑、流痕,时问长久后这些含铁矿的局部会出现凹坑、裂纹.密集的地方会使强度下降。一些比较稳定的石材,在制作火烧板时因高温使其中的铁矿氧化.也会在以后逐渐发生氧化,所以说.火烧板在一定程度上会降低石材的使用强度。
(3)岩溶反应
通常碳酸盐类石材(石灰石、大理石、白云石、石灰华等)含有二氧化碳水的作用下。碳酸钙逐渐溶解为钙离子、碳酸根,在时间、温度、压力.尤其近年城市二氧化碳形成的大量酸雨催化作用下,溶于水的钙会形成新的碳酸钙沉积.形成石灰华:
在地质作用上,这一过程通常是极其漫长的。最明显的是卡斯特地貌(在碳酸盐地区).然而近年在城市石材装修中越发明显.表现石材的外观是流白痕。裂隙、酥松。一些用石材建筑的古迹都不同程度地发现此现象。
除此,因大气中二氧化硫的增多,最终形成酸雨后,也对石材中的石膏、碳酸镁、钾、钠盐矿进行溶解、分离.最终形成沉积.对原有的石材都是一种破坏。
(4)生物化学反应
植物生存生成出的有机酸、磷酸、粪便、遗体等的化学物质都会对石材产生风化。
当然石材的风化并不是某一种单纯反应,而是和物理风化、化学风化、生物风化交织在一起的。研究石材风化有利于利用科学的方法进行防治。
$firstVoiceSent
- 来自原声例句
小调查
请问您想要如何调整此模块?

感谢您的反馈,我们会尽快进行适当修改!
进来说说原因吧 确定
小调查
请问您想要如何调整此模块?

感谢您的反馈,我们会尽快进行适当修改!
进来说说原因吧 确定