外动力地质学

地球科学大辞典外动力地质学外动力地质学 【外动力地质学】exogenetic geology研究主要由地球外部能源引起的地球表层的物质组成、地表形态等演化发展的原因、条件、过程及相互关系的学科。 【外动力地质作用】exogenic process又称外营力地质作用、表生地质作用、表层地质作用。大气、水和生物在太阳辐射能、重力能和日月引力等的影响下产生的动力对地壳表层所进行的各种作用,统称为外动力地质作用。具体表现为风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩作用等等。它不断地雕刻、塑造着地形景观和夷平地表的高差。

【外营力】exogenic force,external agency由地球外部层圈的运动而产生改变地表形态、物质迁移和堆积的力量。它与内营力的区别在于内营力是来自地球内部,而外营力主要来自太阳的辐射热,日、月对地球的引力以及地球本身对物质的引力而引发的。风化、剥蚀、搬运、沉积等作用皆由外营力作用于地表而产生的。

【地外营力】extraterrestrial process太阳系其他成员的运动和演化对地球作用的力量。除辐射热和引力外,最明显的如太阳黑子的变化、太阳风等对地球大气圈的影响;小行星、彗星与地球碰撞,带来地外物质和形成陨石坑等等。

【风化作用】weathering地球和宇宙间、地壳表层与大气圈、水圈和生物圈之间物质与能量转化的表现形式。风化作用是岩石的物理性状和化学成分发生变化的过程。作用的营力有太阳辐射、水、气体和生物。按岩石风化的性质分为物理风化和化学风化两种基本类型。在岩石风化过程中,这两类风化通常是同时进行,而且往往是互相影响又互相促进的。不过在不同气候条件下常常是以某一种风化类型为主导。风化作用是地表普遍而广泛、时时刻刻发生的地质作用。风化作用也是人类文明遗迹和建筑物遭受破坏的重要原因。

【物理风化】physical weathering又称机械风化。地表岩石受太阳辐射能的影响,发生冷热、干湿或冻融并长期反复交替的作用,使组成岩石的颗粒物质之间的连接遭到破坏,由大变小,由粗变细,石佛受风化的现象

(山西云岗)以至于成为松散破碎状态。植物的根劈作用、动物的挖掘作用也属物理风化。随着机械破碎程度的加强,岩石的物理力学性质也相应发生变化,如岩石孔隙度、表面积相应增大;密度等相应减小。岩石的物理风化为化学风化的深入发展创造了极为有利的条件。在干热或干寒的大陆性气候条件下,岩石的物理风化最为显著。物理风化又分为热力风化和冻融风化等类型。

【热力风化】thermal weathering岩石因其内部热应力作用而产生的机械破碎。岩石由于比热较小,导热率较低,组成岩石的矿物热膨胀率各不相同,在太阳辐射热的影响下,岩石各部分温度升降、体积膨缩不一致,因而在岩石内部产生压应力与张应力。应力长期交替作用的结果,削弱了矿物颗粒间的连接,而发生破碎。 【冻融风化】freezethaw weathering曾称融冻风化。冰缘地区气候寒冷,因季节性的气候和昼夜的温度变化,岩层的裂隙和孔隙中的水发生冻、融交替作用,造成地面物质松动和崩解的过程(参见冰劈作用)。 【寒冻风化】frost weathering一种物理风化作用。高纬度地区和中纬度高山区,气温变化于0℃上下,冰劈作用活跃,致使完整的岩石破坏崩解。其原因是岩石裂隙、孔隙中水分结冰时所产生的巨大压力。 【寒冻作用】frost action?基岩在气温有较大的日变差,又有较大的年变差的条件下,反复发生的机械风化作用。这种作用不一定有水参加,也不一定发生在冰缘条件下,故与冻融风化的含义有一定的差别。?冻融风化。

【冰劈作用】frost wedging充填在岩石裂隙中的水体,当气温降至冰冰劈作用 (据WK汉布林,1980)点以下时就结成冰,体积增大约1/11,可产生约96兆帕的压力,使原有的裂隙扩大。但当气温回升至冰点以上,冰又融化成水,水体下渗,充满扩大了的裂

隙;当温度再次降至冰点以下,水再次冻结成冰,使裂隙进一步扩大。如此反复的冻、融,结果使完整的岩石崩解成岩石碎屑。冰劈作用主要发生在高纬度和中纬度高山地区的雪线附近。因此也称为寒冻风化作用。 【冰楔作用】ice wedgeing又称冰劈作用。因其破坏岩石的过程为楔状冰体撑裂岩石的过程。参见冰劈作用。

【盐劈作用】salt wedgeing由于岩石孔隙、裂隙中盐类溶液结晶使岩石遭受破裂的作用。这种作用主要发生在干旱和半干旱地区,白天温度升高,水分蒸发,含盐溶液结晶,体积增大,对周围产生压力(如明矾结晶,其体积增大05%,对周围产生4兆帕的压力),促使岩石的裂隙扩大;夜间,盐类吸收水分又被溶解,溶液下渗。如此反复,裂隙不断扩大,结果使岩石崩解,故又称结晶胀裂作用。 【根劈作用】root wedging生长在岩石裂隙中的植物,特别是一些高等植物,随着植物长大,根部变粗,对周围岩石产生压力(可达约1~1.5兆帕),根劈作用这种压力促使岩石裂缝扩大、加深,以致崩解。根劈作用是生物物理风化作用的一种方式,在植物茂盛、岩石裂隙发育的地区很常见。

【化学风化】chemical weathering在大气条件下,岩石受水或水溶液的化学作用发生的破坏作用。化学风化不仅使岩石破碎,还使岩石的矿物成分、化学成分发生变化,产生新矿物。由于岩石性质及参与化学风化的物质成分不同,风化的方式也不同,主要有溶解、水化、水解、氧化和碳酸化等几种方式。如在湿热气候条件下,花岗岩中的正长石在水解作用下经过脱碱去硅、吸水,先变成高岭石,高岭石进一步水解变为铝矾土。其分解过程是 4K〔AlSi3O8〕+nH2O→4KOH+8SiO2+Al4〔Si4O10〕(OH)8 (正长石)(高岭石)

Al4〔Si4O10〕(OH)8+nH2O→2Al2O3·nH2O+4SiO2+4H2O (高岭石)(铝矾土)

正长石水解转化为高岭石和铝矾土的过程,是长期由量变到质变的结果,它反映着两次质的飞跃。岩石在化学风化的同时,通常伴随进一步的物理风化。二者是相互促进的。在炎热而潮湿的气候条件下,岩石化学风化最为显著。

【生物风化】biological weathering生物的生命活动对于岩石的破坏作用。生物作用于岩石的破坏有两种方式:一种是机械破坏,如生长在岩石裂隙中的植物根系的长大对岩石所施加的压力,促使裂隙扩大以致崩解的机械破坏作用;另一种是化学破坏,如生物新陈代谢分泌出的有机酸或生物遗体腐烂后分解产生的有机酸都可能腐蚀岩石,对岩石进行分解和破坏。此外,人类活动在岩石的风化过程中也起着一定的作用。 【生物化学风化】biochemical weathering由于生物活动引起岩石、矿物的化学成分发生变化而使其遭受破坏的过程。这种作用主要是由于生物在新陈代谢过程中产生的分泌物和生物遗体腐烂分解出的物质与岩石中的元素发生化学反应引起的。如植物和细菌在新陈代谢过程中一方面要从土壤、岩石中吸取养分;另一方面又可分泌出有机酸、硝酸、硫酸、亚硝酸和氢氧化铵等物质,它们与矿物中的元素发生反应,促使一些活泼的金属阳离子游离出来,其中一部分作为养分被吸收,另一部分则随水溶液流失,而完整的岩石则遭受了破坏。生物,特别是微生物的化学风化作用是很强烈的。据统计,每克土壤中可含几百万个微生物,它们不停地制造各种酸类分解岩石,其分解力远远超过全部动植物的分解力。

【海底风化】sea bottom weathering发生在海底的风化作用。海底,即被海水淹没的地表,由于海水中溶有氧以及有微生物的参与,使海底沉积物和基岩遭受破坏的作用。同理,湖底亦可发生风化作用。

【差异风化】differential weathering又称选择风化、差别风化。在地面同时出露的抗风化性能不同的岩石,由于遭受风化破坏的程度不同,在形态上表现出凹凸不差异风化平或参

差不齐的现象。如北京市昌平区的龙山地区,震旦系岩层中抗风化性强的石英岩形成凸起的山脊,而抗风化性弱的页岩则形成低凹的山鞍,构成差异风化现象十分明显的参差不齐的地貌。水平岩层由于岩性不均一,受差异风化作用后,垂直方向上形成参差不齐的地貌。 【球状风化】spheroidal weathering岩石呈圆球状,由表及里、层层风化剥离的现象。它主要发生在花岗岩、辉绿岩以及某些砂岩中。不同方向的裂隙切割岩体,水、气体及各种微生物等沿裂隙侵入,结果产生由表及里,层层风化剥离。由于裂隙交汇处岩块的表面积较大,风化作用的强度和深度相对也大,使岩块内部未受风化的部分呈球形,因此称球状风化。球状风化的风化碎屑物质被剥离以后,残留的球形岩块称为“石蛋”。 球状“风化”的演化【风化作用阶段】weathering stage岩石遭受风化,可分为物理风化和化学风化,实际上它们并不是单独进行的,只不过在不同的自然条件下,以这种或那种风化作用为主。在潮湿而炎热的气候条件下,岩石风化具显著的阶段性:初期阶段,岩石以机械破碎为主的物理风化阶段,并有轻度化学分解。第二阶段,岩石以分解为主的化学风化阶段,伴随进一步的物理风化,这一阶段又分为:①化学风化早期(富钙化阶段),此阶段硫化矿物受到氧化而变为硫酸盐,并形成次生碳酸盐矿物。②化学风化中期(富硅铝化阶段),此阶段硅酸盐及铝硅酸盐矿物被分解形成粘土矿物。③化学风化晚期(富铝化阶段),此阶段硅酸盐矿物完全分解,使铁和铝变成水氧化物(如氢氧化铁和氢氧化铝等)而残留下来。

【元素迁移系列】sequence of migration of elements风化过程中化学元素迁移能力强弱的序次。其原因主要取决于元素本身的性质(如各元素原子的结构)和外界的条件(如介质的pH值和氧化、还原条件),现就元素迁移能力的强弱依序排列见表。 元 素 迁 移 的 系 列序次类型成分1最易迁移的元素Cl(Br、I)、S2易迁移的元素Ca、Na、Mg、K3可迁移的元素Si(硅酸胶体)、P、Mn4惰性(略可迁移的元素)Fe、Al、Ti5实际不迁移的元素Si(SiO2石英) 【风化产物】weathering product风化作用形成的物质。包括岩石、矿物的碎屑和易于淋出元素形成的真溶液或胶体溶液以及残留的物质。但由于风化作用的方式不同,所形成的风化产物也不完全相同。如物理风化作用的产物主要是粗细不等、棱角明风化壳剖面图显、没有层次的岩、矿碎屑,其成分与下伏未风化的基岩一致;化学风化作用的产物则主要是Fe、Al、Mn、Si等难溶或难于迁移的成分,它们残留在原地,形成残积物,其化学成分与原岩有显著差别。易于淋出的元素则形成真溶液及胶体溶液随水流失。生物风化作用的产物是土壤。土壤为富含腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质。实质上,土壤是物理风化、化学风化和生物风化综合作用的结果,尤其是生物的化学风化起主要作用。

【风化壳】weathering crust,residuum 由风化作用形成、分布于大陆表面的风化产物所组成的不连续薄壳。地壳表层岩石在风化作用下遭受破坏,在原地形成松散堆积物。一般包括弱风化带、强风化带、残积层、残积土等。由于在不同气候条件下,风化作用的因素、方式、强度以及原始母岩性质的差异,风化壳沿垂直方向常形成不同成分和结构的多层残积物层。层与层之间的界面一般呈过渡关系,但每一层又都具有一定特征,反映了当时物理、化学和生物等作用的特点,表示是在一定气候条件下、风化作用一定发展阶段的产物。风化壳的厚度,因上述条件的不同而有较大的差异,有的厚达数十米,有的地区则很薄。风化壳按其物质成分可划分为岩屑型、碳酸盐型及硫酸盐型、硅铝粘土型及砖红土型等。根据不同地质构造发育的关系,又可分为面型、线型、岩溶型和复合型等。

【古风化壳】fossil weathering crust,fossil residuum风化壳形成后,被后来的堆积物质所掩盖,避免了剥蚀作用而被保留下来,成为地层中的特定组分,称为古风化壳。

【风化壳类型】types of weathering crust由于岩石性质不同和自然条件的差异,所形成的风化壳的类型很复杂。一般说来,风化壳的形成通常和风化阶段相对应。风化壳各类型之间也和风化阶段一样是依次相接的(见表)

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