物理風化

物理風化

物理風化,又稱機械風化,是最簡單的風化作用。

正文


(圖)物理風化
(圖)物理風化
常見的物理風化的方式有溫差風化、冰劈風化、鹽類結晶與潮解作用和層裂作用。物理風化作用是指使岩石發生機械破碎,而沒有顯著的化學成分變化的作用。

名詞解釋


風化作用:由於溫度的變化、大氣(氧氣)、水溶液以及生物的作用,使地表岩石或礦物在原地發生物理、化學變化的過程叫風化作用。它發生以後,原來高溫高壓下形成的礦物被破壞,形成一些在常溫常壓下較穩定的新礦物,構成陸殼表層風化層,風化層之下的完整的岩石稱為基岩,露出地表的基岩稱為露頭。
物理風化定義:地表岩石發生機械破碎而不改變其化學作用,也不形成新礦物的作用稱為物理風化。
物理風化產物:岩石碎屑、礦物碎屑

現象特徵


(圖)可可西里山北坡的風化地貌
(圖)可可西里山北坡的風化地貌
物理風化是最簡單的風化作用,在沙漠地區尤其明顯。因為那裡氣溫白天高達40-50℃,晚上可降到0℃以下,岩石熱脹冷縮,這種脹縮在岩石表部和核部是不一樣的。由於不同礦物的膨脹係數不一樣,久而久之,岩石出現了裂隙,由大塊變成了小塊,由小塊變成砂,由砂變為土,石頭就爛掉了。在有化學作用和生物作用參與的情況下,風化作用進行得更快,風化的過程和產物也更豐富多彩。
最常見的風化現象是岩石的球狀分化,這是因為岩石的外層易發生成層裂開和鱗片狀剝落的緣故,兼之岩石內常有相互交錯的裂縫,沿裂縫風化最深,稜角磨得最圓。在懸崖陡坡上的岩石,因風化而發生崩落,裂解下來的石塊沿山坡流動,最後在山坡腳下穩定的地方堆積下來,形成上尖下圓的錐形體,稱倒石錐。如果是一個平緩的山坡,崩落下來的岩塊雜亂地堆積在那裡,形成石灘或石海。

風化原理


石材在開採前和使用后,因受自然環境冷熱、雨雪、霧霜、輻射、地震等交替進行,使岩石的顆粒結構之間發生斷裂、移位、拉開、折皺等形態變化,而局部的變化由表面逐漸向里,由小變大,由邊部到中心、由粗變細,終使石材變成鬆散、破碎狀態。

風化方式


(圖)岩石的物理風化
(圖)岩石的物理風化
熱力風化作用
原因:岩石為熱的不良導體,白天升溫、晚上降溫,導致內部溫度的差異,使岩石內部產生引張力,使岩石產生裂縫;
岩石是不同礦物的集合體,不同礦物的熱膨脹係數不同,岩石升溫產生不均勻膨脹,使岩石產生裂縫。
既是同種礦物,由於礦物排列的方向不同,也會產生差異膨脹,從而導致岩石開裂。結果使岩石層層剝落
冰劈(冰楔)作用
孔隙中的水結冰膨脹撐裂岩石,水結冰時,體積增加9%左右,所產生的壓強可達2000kg /cm2 。在寒冷地區,由於晝夜溫度變化較大,石材內和外表的水分在石材的孔洞、縫隙、裝飾縫、安裝縫之間交替凍結—融化—再凍結—再融化,由於水與冰的膨脹與收縮力反覆進行,終造成石材表面和近表面的結構鬆動與裂隙,使石材碎裂。石材的凍融風化發生在石材孔洞較大,吸水率較大,密度相對小的品種上比較明顯。
鹽分結晶的撐裂作用
當岩石中的水溶解了大量鹽類時,一旦水分蒸發,濃度逐漸達到飽和,鹽類再結晶,體積增大,從而產生很大的膨脹力,其機理與冰劈作用類似。
岩石卸荷而引起的剝離作用
上覆岩石剝去后,壓力減低,下伏岩石膨脹產生層裂

影響因素


(圖)紅色砂頁岩物理風化
(圖)紅色砂頁岩物理風化
氣候條件
氣候寒冷或乾燥地區,生物稀少,寒冷地區降水以固態形式為主,乾旱區降水很少。以物理風化作用為主,化學和生物風化為次。岩石破碎,但很少有化學風化形成的粘土礦物,以生物風化為主形成的土壤也很薄。氣候潮濕炎熱地區,降水量大,生物繁茂,生物的新陳代謝和屍體分解過程產生的大量有機酸,具有較強的腐蝕能力,故化學風化和生物風化都十分強烈,形成大量粘土,在有利的條件下可形成殘積礦床。可形成較厚的土壤層。
地形條件
地形影響氣候,間接影響風化作用;另一方面,陡坡上,地下水位低,生物較少,以物理風化為主. 地勢平坦,受生物影響較大,化學風化作用為主。
岩石性質
成分
(1)岩漿岩變質岩沉積岩易於風化。岩漿形成於高溫高壓,礦物質種類多(內部礦物抗風化能力差異大).
(2) 岩漿岩中基性岩比酸性岩易於風化,基性岩中暗色礦物較多,顏色深,易於吸熱、散熱.
(3) 沉積岩易溶岩石(如石膏、碳酸鹽類等岩石)比其它沉積岩易於風化.
差異風化:在相同的條件下,不同礦物組成的岩塊由於風化速度不等,岩石表面凹凸不平;或由不同岩性組成的岩層,抗風化能力弱的岩層形成相互平行的溝槽,砂岩、頁岩互層,頁岩呈溝槽。
岩石的結構構造
岩石結構較疏鬆的易於風化;不等粒易於風化,粒度粗者較細者易於風化;構造破碎帶易於風化,往往形成窪地或溝谷。

參考資料


[1]中國石材網 http://news.stonebuy.com/2008/07/2008715837738.html