大学土壤学讲义风化及土壤形成.ppt

第二章 岩石风化和土壤形成 主要内容 矿物和岩石风化 土壤母质类型 土壤形成 土壤剖面及其形态特征 掌握风化作用的类型、风化产物的母质类型 理解土壤的形成过程和实质。 风化类型(weathering) 物理、化学及生物风化 物理风化：机械崩解作用，由温度变化、水分冻结、碎石劈裂以及风力、流水、冰川的摩擦力等物理因素的作用引起，使岩石由大块变成碎块，再逐渐变成细粒，其形状、大小改变(增大接触面)，为化学风化创造条件，但成分发生的变化很小。 化学风化：化学分解作用，由水、二氧化碳和氧气等参与下进行的各种过程，包括 溶解 水化－矿物与水化合 水解－由于水的H+从硅酸盐矿物中，部分取 代了碱金属和碱土金属的盐基离子， 生成可溶性盐类 氧化－湿润条件下，含铁、硫的矿物，实质 为强酸化过程。 生物风化：生活在岩石表面和土壤中的各种生物的生命活动，可直接参与岩石矿物的分解破坏，且加强了物理和化学风化的作用。 含钾丰富的黑云母和长石易受到分解，是与细菌、真菌和藻类从中吸取钾素分不开的。 岩石风化的产物 可溶性盐：硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、 氯化物等。 合成次生矿物：如伊利石、蒙脱石、高 岭石等粘土矿物，以及铁铝 的氧化物和氢氧化物。 残余的碎屑：难风化的矿物和各种岩屑。 矿物风化的难易 影响因素：外界环境条件 矿物的成分和结构 在外界风化环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物抵抗风化的相对稳定性： 橄榄石(孤立的硅氧四面体通过盐基离子相互结合)辉石(硅氧四面体单链)角闪石(硅氧四面体双/复链)黑云母钙斜长石钙钠斜长石钠斜长石钾长石白云母石英 硅酸盐的基本构造 硅氧四面体(tetrahedra) 四个半径1.32 ?的氧离子和一个位于它们中间的半径0.39 ?的硅离子构成 铝水八面体(octahedra) 半径0.57 ?的一个铝离子和六个氧和氢氧离子构成 硅酸盐层 层状硅酸盐粘土矿物的基本单位，由铝水八面体的两个面上通过共用氧离子和硅氧四面体片结合。 硅酸盐矿物抵抗风化的稳定性，从硅氧四面体和铝水八面体结晶来看，取决于中央阳离子的大小对基本构造单位中央空间的适合程度。 同晶代换(isomorphous substitution) 阳离子间的取代作用。只在原生矿物及次生矿物成矿时产生，其代替条件是价荷、半径差异较小，将造成构造不稳，价荷剩余。 影响风化的主要因子 矿物风化 构造：孤立单链双链层状架状 电荷平衡 同晶代换量大小 盐基离子种类和数量 能量状态 岩石风化 矿物的组成、结构和构造 形成时的热力条件与目前所处环境的差异 岩石的节理和裂隙发育状况 风化产物的类型 一、生态类型 硅质、长石质、铁镁质、钙质风化物和未成岩类物质 岩石种类、矿物组成、化学成分 风化物的厚度、通气透水性、养分、酸碱度等 二、地球化学类型 地球表面疏松的风化层，是形成土壤的母质。风化层的物质组成、化学成分及进一步风化的速率，决定于风化物的种类及其特性，也决定于风化环境的生物气候条件。 ? 迁移速率：Na K Mg Ca Al, Fe； Cl-/SO42- CO32- 在一定的生物气候条件下出现的风化产物，可分为几种地球化学类型。 母岩→碎屑类型(物理风化，干旱、半干旱、寒冷地区或山地；风化物的化学成分和矿物组成与原岩基本相同)→钙化类型(化学风化，干旱和半湿润条件；K, Na, Ca, Mg/Cl-/SO42-淋溶流失，CaCO3相对富集；浅层地下水中常含可溶性盐分，矿化度较高；形成内陆盐土分布区)→硅铝化类型(温带或暖温带雨量适中的条件；Cl-/SO42-强烈淋失，甚至溶解度较小的CaCO3也被淋溶，而Al, Fe, Si等元素尚有残留；风化物的反应由碱性或中性变成微酸性，且形成伊利石、蛭石、蒙脱石等次生粘土矿物)→富铝化类型(热带、亚热带，长期强烈的化学分解，盐基成分全部淋失，硅酸也产生淋溶，风化物中只残存一些最难风化的石英、铁和铝的氧化物及次生粘土矿物高岭石) 三、母质类型 定积母质/残积物 未经搬运的风化残留物，分布在山区较平缓的高地上，是山区主要成土母质之一。 地面上的残积物经水流淋洗后，具粗骨性特征，其组成和性质与原岩有较大的差别。下层的风化物逐渐过渡至基岩，具连续性特征。 运积母质 据不同搬运作用的外力方式，可分为： 1)流水沉积母质