土壤学教案-第二章.矿物岩石的风化和土壤形成（上）.1.docx

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1、土壤学课程教案课程编号：章节名称及内容：矿物岩石的风化和土壤形成（上）所在课程顺序号：第5个教案授课学时与时长：1学时授课教师：王聪课程类型：学类核心课一、教学目标1、要求深刻理解与熟练掌握风化作用的特点和风化产物。二、教学内容1、风化过程2.、风化产物的类型三、教学重点1、风化作用的特点和风化产物。四、教学难点1、风化过程的实质。五、教学方法课堂讲授、多媒体辅助和板书相结合。六、教学过程开始课堂讲授前播放一段相关的视频或则提出与本次课程相关的几个问题进行提问并讲解上次课堂留下的问题和作业，然后开始进行课堂讲授，讲授过程穿插问题提问，本次课程结束时布置作业或则留下几个问题进行下次课堂的提问2.

2、1 风化过程2. 2风化产物的类型2.1 风化过程（掌握）风化作用在外界因素作用下，岩石发生崩解、破碎、分解，形成大小不等的岩屑和沙粒的物理化学过程。崩解：大块f碎块f细粒，形状和大小发生改变，化学成分不变。分解：岩石风化过程中化学成分发生改变。风化作用的类型1、物理风化；2、化学风化；3、生物风化。1、物理风化：指岩石发生疏松、崩解等机械破坏过程，只造成岩石结构、构造的改变（由大变小），一般不引起化学成分的变化。又称为机械风化、崩解。影响因素：热力作用、冻融作用、结晶作用、卸荷作用。风化的结果使大岩石变成碎块，增大接触面，更利于化学风化进行。（1）热力作用（温差风化）主要是温差变化使岩石热胀

3、冷缩，引起岩石的破坏。不同物质的膨胀系数不同。温度的季节性、昼夜性变化。（2）冻融作用（冰冻风化、冰劈作用）高寒山区或高纬度地区，岩石裂隙中的水分反复结冰、融化，使裂隙不断加宽、加深，岩石崩解破碎。注：结冰后体积增大（3）结晶作用（岩石盐风化）干旱、半干旱等地区，岩石裂隙中的含盐溶液随水分减少，析出盐晶体，反复作用使岩石崩解（作用方式同冻融作用）。（4）卸荷作用地质作用使原来处于地层深处的岩石露出地表；或者，随着上层岩石的不断风化剥蚀，下层岩石距地面愈近，上覆重力愈小，释放原来承受的压力，引起岩石膨胀，发生破裂。例子：温度变化可以引起物质产生热胀冷缩。岩石是由各种矿物组成的，而各种矿物的热学性

4、质是不同的，例如石英的热膨胀系数为0.0000075,而正长石为0.000020,当昼夜或季节温度变化时，在矿物之间的接触面上产生张力，使岩石产生裂隙和崩解。粗粒结晶的花岗岩，由于结晶矿物的膨胀幅度较大，这种作用更为明显。含有暗色矿物的岩石，由于提高了岩石的热辐射能力，温度变化比较大，因此像玄武岩、辉长岩及辉绿岩等一些深色岩石，常产生剥蚀现象。而由单一矿物集合的岩石或浅色岩石(如石灰岩、石英岩等)，受到温度的影响较小崩解也比较慢。由于温度的反复变化，坚硬的岩石便逐渐散碎。浸入岩石缝隙中的水，结冰使体积膨胀增大1/11,所产生的压力可高达960公斤/平方厘米，因而引起岩石破裂。落在岩隙中的碎石，

5、起着像楔子一样的作用，当碎石受热膨胀时，岩隙扩大；当碎石冷却收缩时则向岩缝中堕落，对岩体产生劈裂作用。此外，风和流水对岩石的侵蚀摩擦，也是很重要的物理风化作用，尤其在携有泥砂时其作用更为强烈。第三纪末、第四纪处，我国广大区域内曾有冰川的活动，第四纪中又有过几次冰川，冰川移动时摩擦粉碎着地表的岩石。大陆性气候的干旱地区昼夜温差悬殊，物理风化作用比较强烈，地面上多形成乱石滩，其风化产物粗糙并且夹杂石砾较多，养分释放极少。在较高的山地由于结冰和重力等综合因素的作用，有时在山麓形成倒石堆,残留的岩石依然耸立。物理风化作用的结果，使岩石由大块变成碎块，再渐变成细粒，其形状和大小改变了，但成分的变化很小，

6、只是空气、水分的通透性增强了，暴露的表面积增大了，为化学风化创造了条件。2、化学风化：岩石的矿物成分发生化学成分和性质的变化。主要因素：水、二氧化碳、氧气、温度等主要化学风化作用的类型有5个：溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用。(1)溶解作用指水对岩石矿物的直接溶解。一般难溶于水，但并非不溶。水温升高、压力增大下作用增强。(水滴石穿现象)常见造岩矿物的溶解程度：岩盐石膏方解石橄榄石辉石角闪石长石云母石英注：岩盐，化学成分为氯化钠；橄榄石辉石属于硅酸盐；角闪石长石云母属于铝硅酸盐。(2)水化作用指水与一些不含水的矿物结合，改变原矿物的分子结构，形成新的含水矿物的作用。石膏（CaS

7、O4）-硬石膏（CaS04-2H20）硫酸钠（Na2S04）f芒硝（Na2S0410H20）使矿物的硬度降低，密度减小，体积增大，溶解度增加，加速岩石的崩解。如硬石膏水化成石膏后，体积膨胀30%。（3）水解作用指矿物与水发生反应而分解的作用。是化学风化作用中最重要的一种作用。水有一定的解离度，当水分子进行解离时形成H+和0H-离子。水解作用就是由于水的H+离子从硅酸盐矿物中，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。当水中含有二氧化碳和酸性物质时，解离的氢离子增多，提高了氢离子浓度，因而增强了水解作用。壤中的各种生物学过程增加着二氧化碳的含量，所以矿物的水解强度与生活动有着密切的关

8、系。是硅酸盐类矿物最重要的一种风化方式，形成次生粘土矿物。其中，以正长石的水解最为普遍。正长石+水一高岭石+硅胶+KOH高岭石+水一铝土矿+硅胶（4）碳酸化作用指当水中溶解有C02,可形成C032-,HCo3-与矿物离子形成易溶于水的碳酸盐的作用。正长石+水+C02-高岭石+硅胶+碳酸钾在石灰岩地区最为明显：方解石+水+C02-重碳酸钙（易溶于水）（5）氧化作用氧离子与低价元素矿物化合，形成高价元素矿物的作用。极普遍的化学风化方式，高温湿润条件下更强烈。易氧化的大多为金属矿物,尤其是含铁矿物。如：黄铁矿经氧化后形成褐铁矿，氧化过程中形成的部分硫酸盐随水流失，产生的硫酸可进一步参与岩石的化学风化

9、。3、生物风化：生物作用使岩石就地引起的破坏。生物（动植物、微生物）对岩石所起的破坏作用。主要发生在岩石的表层和土壤中。包括生物的物理风化作用（根系穿插、动物挖掘等）和生物的化学风化作用（产生有机酸等代谢、分解产物）。三种风化作用的相互关系（合作）三种风化作用同时发生、相互影响、相互促进。 物理风化使岩石破碎,增大了岩石表面积,有利于水溶液进入岩石内部，为化学风化创造了良好条件。 化学风化溶解了岩石中的易溶物质，改变了岩石的物理性质，从而加速了物理风化的进行。 物理和化学风化又为生物风化的深入创造条件。在不同自然条件下，风化类型的强弱、主次程度不同，影响风化作用的因素是综合起作用的。2 .2风

10、化产物的类型（掌握）3 .2.1风化产物及风化壳（1）风化产物碎屑物质包括岩石碎屑和矿物碎屑，主要是物理风化的产物。溶解物质包括碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅胶等。是化学风化和生物风化的产物。难溶物质Fe.A1等不活泼元素形成的矿物，如褐铁矿、粘土矿物、铝土矿等。（2）残积物岩石风化后残留在原地的风化产物。包括残留原地的碎屑物、难溶物质和新矿物。结构松散，岩石碎屑大小不一，棱角明显，一般不具有层理。主要分布在分水岭、山坡和低洼处。具有垂直分带性，上部风化强烈，底部风化微弱，形成风化壳。（3）风化壳残积物覆盖在地壳上形成的疏松风化岩石土壤层。风化作用达到的深度即风化壳的厚度。2.2.2风化产物的生态

11、类型根据风化产物对土壤肥力性状的影响作为分类。(1)硅质风化物SiO2含量很高的岩石：如石英岩、石英砂岩、由硅质胶结的岩石(硅质砾岩或页岩)。特点：硅质岩类，抗物理和化学风化能力强。这类岩石的矿物组成中含有大量石英化学成分以二氧化硅为主，耐剥蚀而难风化，岩性坚硬，节理发达，多构成陡峻的山脊和山坡。硅质岩类风化物的厚度极薄，砂质，多石砾，各种营养元素也十分贫乏，分散的石英颗粒及岩石碎屑保水能力很低，因此这类风化物所形成的土壤宜林性通常较差，尤其在干旱地区，造林不易成活。在温暖湿润的条件下，这类物质常形成酸性土壤。(2)长石质风化物富含正长石成分的岩石：花岗岩、正长岩、酸性斑岩、流纹岩长石砂岩、片

12、麻岩。特点：抗物理风化能力差，形成厚层风化壳。花岗岩、正长岩及片麻岩等粒状结晶岩，比较容易发生物理崩解，形成厚层砂壤质或壤质风化物，由其发育的土壤通透性能良好，植物需要的磷、钾、钙、镁等营养元素比较丰富，土壤常呈微酸性反应。这种风化物宜林性好，适于要求微酸性及通气良好的树种生长。尤其适合各种松、杉等针叶树种生长。隐晶质结构的霏细岩、流纹岩及粗面岩，比粒状岩石较难风化，且多形成壤质风化物。在干旱气候条件下，这类岩石风化物多石砾，含石英颗粒多的花岗岩则生成砂砾质；在温暖湿润的条件下，则形成深厚的风化层，呈红色的粘壤土或砂质粘壤土，多呈酸性。(3)铁镁质风化物富含深色矿物的岩石：辉长岩、玄武岩、闪长

13、岩、安山岩等。特点：抗物理和化学风化较弱，形成厚层风化壳。由辉石、角闪石、橄榄石等含有铁、镁成分的矿物组成的岩石，属于铁镁质岩类。主要种类有闪长岩、安山岩、粉岩、辉长岩、辉绿岩、玄武岩以及铁镁质砾岩(如火山熔砾岩)、片岩等。这类岩石因为含有容易风化的暗色矿物，化学风化及物理风化均进行得十分迅速。一般形成的风化层较厚，质地为壤质或稍粘重，含有大量的钙、镁、磷等元素，唯钾的含量较少。由这种风化物发育的土壤，养分状况良好，保水性能强但通气状况较花岗岩风化物稍差。在较湿润的地区，可呈中性反应，在干旱地区则呈微碱性反应，宜林性良好，适于发展各种经济林木和对肥力条件要求比较高的针、阔叶树种。(4)钙质风化

14、物含CaC03的岩石：石灰岩、大理岩、泥灰岩、白云质灰岩、钙质砂岩和页岩。特点：抗物理风化强，抗化学风化弱，形成薄层土壤。石灰岩的矿物组成中以方解石及白云石占主要成分，可占全部矿物重量的90%以上。钙质岩类在经受化学风化的溶蚀作用时，碳酸钙受酸性水溶解，大量随水流失。其风化物是由岩石中的少量粘土矿物等残留堆积而成的。在干旱或水土流失地区所形成的风化层很薄，常常残积在裸岩之间，质地粘重。由钙质岩类风化物形成的土壤,有时缺乏林木需要的磷和钾，多具石灰物质，呈中性至微碱性反应，土质粘实，土壤易干旱。在干旱缺水情况下，林木一般生长不良，造林不容易成活，不太适合于针叶树种生长，但是某些喜钙耐旱的树种尚能

15、良好生长。在水分条件良好又无水土流失的情况下，一般土层较厚,肥力高，土壤的宜林性质好。2.2.3风化产物的地球化学类型根据风化物化学成分特点分类。(1)碎屑类型：岩石风化的最初期类型，以物理风化作用为主，化学风化不明显，只有氯和硫元素发生移动。这种风化类型出现在山地，流水冲走了可溶性成分和细粒物质，只遗留下原岩的碎屑残块。此外，在干旱的荒漠地区，强烈的温差变化，也可以使岩石形成这种类型的风化物。碎屑类型风化物的化学成分和矿物组成与原岩基本相同。(2)钙化类型因为岩石矿物经化学风化生成的易溶性钾、钠、钙、镁的氯化物和硫酸盐，受流水作用逐渐淋溶流失，而碳酸钙相对积累。分布：主要在干旱和半湿润地区。我国新疆、内蒙古以及西北黄土高原、华北平原等地区均属于这种类型，这些地区的浅层地下水中，常含有各种可溶性盐分，矿化度比较高。从风化物中淋失的氯化物和硫酸盐，常积累在该区域内的盆地中，形成内陆盐土分布区，例如新疆塔里木盆地、准喝尔盆地以及青海柴达木盆地，就有大量盐分积聚。(3)硅铝化类型岩石中的矿物受长期风化，可溶性氯化物及硫酸盐遭到强烈淋失，甚至溶解度较小的碳酸钙也被淋溶，而铝、铁、硅等元素尚有残