按其性质不同可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用这3类。被风化了的岩石圈疏松表层称风化壳。风化碎屑物和淋溶物被搬运外输,地面被低夷,残遗的风化物质在不同地理条件下发育成不同类型的土壤。风化作用为地表各种外营力(块体运动、流水、冰川、冰缘、波浪及风等)的剥蚀和侵蚀作用创造了条件,没有风化作用为先导,剥蚀和侵蚀作用就难以进行。
地表和近地表的岩石受太阳辐射、温度变化、空气、水和生物等的综合作用,发生崩解破碎、化学性质改变与元素迁移而在原地形成松散堆积物的过程。
按其性质不同可分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用这3类。被风化了的岩石圈疏松表层称风化壳。风化碎屑物和淋溶物被搬运外输,地面被低夷,残遗的风化物质在不同地理条件下发育成不同类型的土壤。风化作用为地表各种外营力(块体运动、流水、冰川、冰缘、波浪及风等)的剥蚀和侵蚀作用创造了条件,没有风化作用为先导,剥蚀和侵蚀作用就难以进行。
指岩石在内、外力作用下所发生的物理性疏松、结构崩解的机械破坏过程,又称崩解作用;只改变岩石体积的大小,不引起化学成分的变化。引起物理风化的原因,有压力释放、温度变化、冰冻、新晶体生长和生物活动等方面。具体的作用形式有:①开裂作用。指由地壳内压力释放引起岩石的崩解现象。②胀缩作用。温度变化使岩石发生表里胀缩差异而发生的崩解破碎现象,又称为温差风化。其中日温差对风化尤其重要。在寒冷干燥地区更盛行。③挤压作用。岩石裂隙水冻结或析出新晶体挤压岩石形成的崩解现象。④生物物理风化作用。指生物活动引起的物理风化。植物根系伸进裂隙,以及树木摇动和倒塌时根部所产生的压力也促使岩石破碎,这种作用称根劈作用。蚯蚓、白蚁和啮齿类等动物常把地下的土层、岩屑翻上地面,也会加速风化。
指在水、水溶液、空气和生物等影响下岩石发生化学成分变化的过程。又称分解作用。在化学风化中各种岩石经历的破坏过程可分为三个阶段:①早期阶段。岩石中易溶盐类首先溶解流失,同时矿物中的钾、钠、钙、镁等离子与溶液中的氯、氢氧根、碳酸根、硫酸根等离子结合,形成易溶于水的化合物,大部分随水迁移,而较难溶的碳酸盐大部分保留。这一阶段称为富钙阶段。②中期阶段。岩石中碳酸盐类大量迁移,部分二氧化硅析离,岩石中的铝硅酸盐矿物经化学风化后,形成各种黏土矿物残留原地,可富集成黏土矿。又称为富硅阶段。③晚期阶段。在湿热气候条件下,高岭石继续风化,二氧化硅不断析出,一部分随水流失,一部分堆积于原地。高岭石彻底分解,最后形成难溶于水的氢氧化铝,可富集成铝土矿,又称为富铝阶段。
化学主要方式:①水化作用和水解作用。是水与矿物发生化学反应的两种途径:水化作用是指水分与一些不含水的矿物相化合,形成新矿物的过程。水解作用是指矿物与水发生反应而分解的过程。②溶解作用。指水对矿物的直接溶解。绝大部分矿物都能溶解于水中,但有难易之分。矿物溶解的难易程度与其溶解度有关,石英化学性质稳定,抵抗化学风化能力极强,而且耐磨蚀,故在河床、海滩和沙漠中大量富集。③碳酸化作用。指含有二氧化碳的水溶液对矿物的离解过程。纯水溶解速度很慢。但当水中溶有二氧化碳时,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,增强了水溶液对矿物的离解能力。分布广泛的石灰岩,其主要矿物是方解石。它在含碳酸的水溶液中能很快溶解,在水中重碳酸钙的溶解速度是碳酸钙的30倍,所以能使石灰岩迅速溶解,形成各种喀斯特地貌。石灰岩区常有这种作用,称为溶蚀作用。④氧化作用。指大气和水中的游离氧与矿物的化合过程。各地氧化作用的深度主要与地下水面深度有关:地下水面以上,氧化作用活跃,为氧化环境;地下水面以下,岩石孔隙为水充满,氧化作用很难进行,为还原环境。⑤生物化学风化作用。指生物作用引起的化学风化。生物在新陈代谢过程中,一方面从土壤和岩石中吸取某些元素,同时分泌有机酸腐蚀岩石。如动植物的遗体腐烂后分泌有机酸和气体,并形成腐殖质腐蚀、分解岩石。
生物生长和分解过程中,通过生物体新陈代谢分泌的各种酸类对岩石的腐蚀作用和植物根系对岩石挤胀及一些动物在岩石中挖掘穿凿活动,使岩石崩解破坏的生物化学和生物物理过程。分为生物物理风化作用和生物化学风化作用两类。前者包括植物生长和动物活动对岩石的破坏,如植物的根在岩石裂隙中生长,对围岩产生压力,促进岩石崩解。后者如生物在生命活动过程中,光合呼吸作用产生的氧和二氧化碳,以及各种酸类(有机酸、无机酸和腐殖酸)能溶解某些矿物,对岩石起强烈的破坏作用。生物风化和单纯物理风化最大的差别在于使岩石原有成分发生变化,通过化学风化常将岩石中一部分化学成分或矿物成分带走,使一些原来在地壳中比较稳定的和坚硬的矿物发生变化,造成岩石硬度变低,密度变小,矿物成分变化,本来面貌完全破坏。生物死亡后,腐烂分解形成一种腐殖质(胶状的物质),是一种有机酸,对岩石起腐蚀作用。地壳表层岩石经机械破碎、化学风化后形成的松散物,再经过生物的化学风化作用,增加了有机物质-腐殖质,这种具有腐殖质、矿物质、水和空气的松散物质叫作土壤。
因岩石性质的不同以及风化、剥蚀程度的不同使地表形态各异的现象。又称选择风化作用。在水平岩层地区,由于岩性不同,受差异风化作用后,在垂直方向上其形态也参差不齐,由此可以形成一些具有独特观赏价值的地貌景观,如风蚀蘑菇等。
受不同水、热、生物、气候等影响,风化作用过程以及风化作用结果均遵循地带性规律。其中:①在苔原带,生物化学风化作用十分微弱,以冰裂机械风化作用为主,形成碎屑风化壳。②在温带针叶林地区,气温较低,湿度较大,有机质腐殖酸参与其过程,淋溶较强,形成硅铝风化壳。③在温带半干旱地区,温度、湿度较低,淋溶较弱,形成碳酸盐风化壳。④在干旱沙漠区,生物风化作用极弱,蒸发强烈,碱溶液上升运动占优势,氯化物和硫酸盐类大量积累,形成氯化物—硫酸盐风化壳。⑤在高温多雨的潮湿热带,物理、化学和生物风化作用均较强烈,元素淋溶与迁移很快,可移动元素多淋失,难移动的元素铁、铝氧化物相对富集,形成富铝化风化壳。风化作用使岩石(层)发生崩解和分解,所能达到的深度为风化壳的厚度,可以从几十厘米至几百米。在寒冷地区风化壳的厚度较小,在湿热的热带地区可以达到100~200米,在断裂带发育区风化壳可以达到更大深度。