机械风化人——岩石之谜

01

风化

风化（）是指位于地球表面或邻近地表的物质分解和变化的过程。

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02 #

机械风化

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机械风化（ ）不改变岩石的化学成分,只改变其大小与形状。

影响机械风化的因素有很多,包括温度和压力。 #

[video] 物理风化 #

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当水结冰时,它的体积会增大约9%.在地球表面的许多地方,比如岩石缝隙和岩层之间,会有积水。如果温度降至冰点,这些水就会结冰、膨胀,并对周围岩石施压,使得缝隙变宽。当温度升高时,岩石缝隙和岩层之间的冰又会融化。 #

[pic] 冰劈作用 #

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压力的影响另一个影响机械风化的因素是压力。当根系逐渐生长并向外扩张时,它们对岩石施加的压力会不断增大,进而造成岩石破裂。

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从更大的范围来说,压力同样在地球内部发挥作用。在地壳深处的基岩承受着来自上方覆盖岩层的巨大压力。地下几千米深的岩石重量所带来的巨大压力可能会形成大块的岩石。当覆盖岩层随着侵蚀、采矿等情况被剥离,下方基岩所承受的压力就减轻了。于是,之前埋在地下的基岩表面就扩展、增长,形成弯曲的裂缝。

当地质过程使得岩体上升后,由于压力减小岩石可能会形成细小的裂缝。岩石的外层会随着时间的推移逐渐自然剥落,就像洋葱被一层层剥去外皮那样。 #

剥落经常导致圆顶形状,比如美国纽约州的默克斯汉山和加利福尼亚州约塞米蒂国家公园的半穹顶。 #

[pic] 约塞米蒂国家公园的半穹顶岩石 #

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03

化学风化 #

（ 化学风化 ）这些动力和岩石的相互作用会溶解一些物质或者产生一些新的矿物。新矿物与原有岩石相比,具有不同的性质。例如,赤铁矿中的铁会和氧形成氧化铁。 #

岩石的构成决定了它将要发生的化学风化的结果。一些矿物,比如由碳酸钙组成的方解石,会在酸性水中完全分解。

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温度是化学风化的另一重要因素,这是因为在发生化学反应时,温度会影响化学反应的速率。化学反应的速率随着温度的升高而加快。

在许多化学反应中,水作为一种反应媒介,担任了一个活跃的角色。在某些化学反应中,水还可以直接与矿物发生化学反应。

氧的影响 #

氧是化学风化的一个重要因素。地球大气中约有2%的氧气。岩石和矿物中的铁与水和大气中的氧结合,形成含氧化铁的矿物。赤铁矿就是一种含氧化铁的常见矿物。

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二氧化碳气体是生物体的自然产物。当氧化碳与大气中的水结合时,会形成一种弱酸性的碳酸,并随着降水落到地表。弱酸性降水会腐蚀和分解一些岩石,例如石灰岩腐烂的有机物和呼吸作用会产生大量的二氧化碳。当落到地面的弱酸性降水渗入地下,并与土壤中的二氧化碳结合后,碳酸便成为化学风化过程的强大动力。碳酸缓慢地与诸如石灰岩和大理石中的方解石这样的矿物发生化学反应,从而使岩石溶解。

04 #

风化速度 #

地球物质的自然风化过程是非常缓慢的。某些环境要素及其相互作用能够加速或减缓风化过程。 #

气候的主要变量包括降水量、温度和蒸发量。在一定的气候条件下,温度与降水量之间的相互作用决定了一个地区风化的速度。 #

化学风化的速度 #

在气候温暖、降水充沛、植被茂盛的地区,化学风化速度更快。这种气候条件下可以产生富含有机物的土壤。当丰富的降水和有机物中的二氧化碳结合产生大量的碳酸时,化学风化的速度就更快了。化学风化在降水丰富、气温较高的赤道地区影响最大。谭老师地理工作室综合整理 #

[pic] 化学风化

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在岩缝中的水能够反复冻结和融化的地区,机械化的速度最快,寒冷干早的气候条件不利于化学风化,因为寒冷的气候会阻碍或减缓化学反应的发生,在终年寒冷的地区很少或几手不会发生化学风化。

气候对岩石风化的影响也取决于岩石的种类成分。例如,主要成分为方解石的石灰岩和太理石比主要分为石英的花岗岩和石英岩更容易被风化。

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机械风化使岩石破裂成较小的碎块。当石块变小后,它们的表面积就会增加。这意味着受到化学风化影响的总表面积变得更大。风化作用对较小的岩石碎块影响较大,对独立完整的大块岩石影响较小。 #

位于平面的岩石在经历变化时可能会继续保留在原来的位置,而位于坡面的岩石则可能受重力影响向下移动。因此,陡峭的斜坡会加速侵蚀,并导致更多的岩石受到机械风化和化学风化。

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风蚀地貌 #

一

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风蚀作用

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风吹经地表时，由于风的动压力作用，将地表的松散沉积物或者基岩上的风化产物（沙物质）吹走，使地面遭到破坏，这种作用称为吹蚀作用。风速愈大，其吹蚀作用愈强。

一般情况下，组成地表的沙质物质愈细小浅风化岩和强化岩区别，愈松散、干燥，要求的启动风速愈小，受到的吹蚀亦愈强烈。

风夹带沙子贴地面运动时，风沙流中的沙粒对地表物质进行冲击、摩擦，如果岩石表面有裂隙等凹进的表面，风沙甚至可以钻进去进行旋磨，风的这种作用称为磨蚀作用。

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由于风沙流是一种贴地面的沙子搬运现象，沙子的分布只限于距地表的较低高度内，故磨蚀作用也在接近地面处最为明显，所以，沙漠地区的电线杆下部可因风沙磨蚀而折断。

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吹蚀作用和磨蚀作用统称风蚀作用。 #

二 #

风蚀地貌形态

在干早荒漠地区，风通过对地面物质的吹蚀和磨蚀作用而形成的风蚀地貌浅风化岩和强化岩区别，由于岩性、岩层产状等因素的影响，具有种种不同的形态，主要的有以下几种：

石窝

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石窝：是在陡峭的迎风岩壁上，经风蚀形成的许多圆形或不规则椭圆形的小洞穴和凹坑（石袋），其直径20cm左右，深可达10-15cm，有的零散分布，有的成群出现。

石窝

形成机理： #

阳光晒热岩壁，使岩石内部的矿物体积不同程度地膨胀，产生热力差别风化。 #

加之岩石受热时，其内部的盐溶液顺毛细管上升到近表面的细孔中结晶，撑胀岩石，使之发生崩解。 #

风吹蚀风化了的疏松岩面，形成许多浅小凹坑。以后，风沙再沿凹坑钻磨，使之不断加深扩大，逐渐发展成为石窝。 #

大的石窝又称为风蚀壁龛(kān)，有的高可及人。这种现象在花岗岩和砂岩壁上最发育。

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风蚀壁龛 #

风蚀蘑菇和风蚀柱

发育在水平节理和裂隙上的孤立突起的岩石，经受长期的风蚀作用以后，可形成上部大、基部小、外形很像蘑菇似的岩石，称风蚀蘑菇（蘑菇石）。 #

风蚀蘑菇 #

形成蘑菇石的主要原因： #

风沙对岩石磨蚀时，受到高度的限制。 #

距地面一定高度以上的高处，一气流中沙量少，磨蚀少；而近地面部分沙量多，磨蚀作用强。 #

长期发展下去，下部就被磨蚀得愈来愈小，磨菇石而变成蘑菇状。特别是水平成层、软硬不同的岩石，当下部的岩性较上部易于风化，易于变得疏松时，蘑菇石更易形成。 #

垂直裂欧发育的岩石，在风的长期吹蚀后，易形成一些孤立的柱状岩石，称为风蚀柱。

风蚀柱 #

风蚀谷 #

在干早荒漠地区，偶因暴雨产生洪流冲刷地面，可形成许多冲沟。冲沟再经长期风蚀改造，可加深和扩大成为风蚀谷。

风蚀谷无一定形状，可为狭长的壕沟，也可为宽广的谷地。谭老师地理工作室综合整理 #

它们沿主要风向延伸，蜿蜓曲折，长者可达数十千米。

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风蚀谷

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风蚀残丘 #

一个由基岩组成的地面，经风化作用和暂时水流的冲刷，以及长期的风蚀作用以后，原始地面不断缩小，最后残留下一些孤立的小丘称为风残丘。

它的形状各不相同，以桌状平顶形（蚀余方山形）较多，亦有尖塔状的。

风蚀残丘

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风蚀雅丹 #

雅丹地貌与前者不同，它不是发育在基岩上，而是发育在古代河湖相的土状堆积物中，以 罗布泊洼地西北部的古楼兰附近最为典型。 #

古楼兰

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雅丹在维吾尔语中意为“陡壁的小丘”，后来用它来泛指风蚀土墩和风蚀凹地（沟槽）的地貌组合。

雅丹地貌

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雅丹地面崎岖起伏，支离破碎，高起的风蚀土墩多呈长条形分布，排列方向与主风向平行，高度多为5-10m，也有在15-20m，有长有短。 #

土墩物质全为粉沙、细沙和沙质黏土互层，沙质黏土往往构成土墩顶面，向下风方向倾斜。 #

风蚀洼地 #

松散物质组成的地面，经风的长期吹蚀，可形成大小不同的风蚀洼地。它们多呈椭圆形沿主风向伸展。单纯由风蚀作用造成的洼地多为小而浅的蝶形洼地。

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如准噶尔盆地三个泉子干谷以北，平坦薄层沙地上分布有许多蝶形注地，直径都在50m以下，深度仅1m左右。

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美国亚利桑那州的开比托高原等地，风蚀小注地长、宽仅十余米，深1m。

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一些大型风蚀洼地，都是在流水侵蚀的基础上，再经风蚀改造而成的。如河西走廊的弱水（额济纳河）东西两侧，所见的许多水蚀一风蚀凹地，深度达5-10m或更大，面积可达数平方千米至数十平方千米。

风蚀洼地示意图 #

较深的风蚀洼地，如以后有地下水潴育，可成为干燥区的湖泊，如我国呼伦贝尔沙地中的乌拉湖，浑善达克沙地中的查干诺尔，毛乌素沙地中的乃林淖尔等。 #

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