风化的产物

物理风化是一种纯粹的机械破坏，导致岩石崩解成粗细不一、棱角明显的碎块。如果没有其他地质作用(如剥蚀作用)，碎屑往往覆盖在原岩表面，其成分与原岩一致。如果地势较陡，岩屑在重力作用下沿斜坡滚下或落下，堆积在坡脚。由于惯性的作用，粗碎屑滚得远，堆积在下部，细碎屑滚得近，堆积在上部，形成上部有小岩屑，下部有粗岩屑的堆积体，称为堆石锥(或堆石桩)(图5-5)。

图5-5堆石锥(或堆石桩)的形状和结构示意图

(引自田明中学，2009年)

(2)化学风化产物

化学风化的最终产物包括两部分:一是可溶于水的可移动物质；一是难以在原地迁移积累。

水溶性可迁移物质包括各种可溶性盐、K+和Na+的氢氧化物以及少量不溶性物质(如Si4++、Al3++、Fe3 ++和Mn4++的氧化物或氢氧化物胶体)。可溶性物质在水中往往以真溶液的形式迁移，而一些不溶性物质往往以胶体的形式迁移。残留物主要是不溶物、岩屑和风化形成的矿物，如应时岩屑、蒙脱石、高岭石、铝土矿、蛋白石和褐铁矿。

矿物和岩石在化学风化过程中逐渐分解。由于各种矿物的物理化学性质不同，分解过程的难易程度也不同。换句话说，矿物的抗风化能力是不同的。据研究，自然界中各种矿物的抗风化能力顺序为:氧化物、氢氧化物>硅酸盐>碳酸盐>硫化物>卤化物和硫酸盐。几种常见矿物的抗风化能力顺序为:应时>白云母>长石>黑云母>角闪石>辉石>橄榄石。

组成矿物的元素也是在矿物分解的过程中逐渐分离出来的。由于各种元素的化学性质不同，在沉淀过程中存在困难。常见元素的迁移系列见表5-1。表中所列的1，2系列元素在化学风化过程中总是先析出，可溶性盐类被河水和地下水带走，是卤化物和硫酸盐的主要元素。在表中，第3和第4系列的元素只能迁移一小段距离或留在原地。这两个系列的元素主要由硅酸盐或氢氧化物矿物组成，所以残渣中主要含有二氧化硅和铁、铝的氢氧化物或水合氧化物。

表5-1元素的迁移系列

(根据аи Lerman，1975，简化)

(3)生物风化产物

生物风化的产物包括两部分:一部分是生物物理风化形成的矿物和岩石碎屑，与原岩成分相同；另一部分是生物化学风化的产物，其特点是物质成分与原岩不同。生物风化的一个重要产物是土壤，土壤是物理、化学和生物风化的综合产物，但尤其是生物风化，使其富含腐殖质。一般来说，土壤是一种细粒土状物质，灰黑色，结构松软，富含腐殖质。与一般残留物的主要区别在于，它含有大量的腐殖质，具有一定的肥力。

④风化壳

地表岩石经过长期的物理、化学和生物风化作用，形成由风化产物组成的不连续薄壳，分布在大陆的基岩面上，称为风化壳。风化壳覆盖着地表。由于地表岩石和下部岩石的风化强度不同，地表的风化程度较深，而下部的风化程度较浅。因此，剖面上自上而下的风化产物在成分和结构上有明显的差异，风化壳在剖面上可分为几层。比如花岗岩风化壳，从上到下可分为四层(图5-6)。

图5-6风化贝壳剖面图

ⅰ-土层；ⅱ—残余层；ⅲ—半风化层；ⅳ—基岩

(1)土层

深棕灰色，细而疏松，富含腐殖质，有许多植物根。原岩的矿物成分和结构基本消失。粗细不等，一般20 ~ 50 cm为多。往往是综合风化的结果。

(2)残留层

呈黄褐色和红褐色，细而软，原岩的结构和构造消失。主要由粘土矿物组成，一般不含腐殖质。原岩中的黑云母风化成蛭石，长石矿物风化成高岭土。主要是化学风化。

③半风化层

呈浅褐色，原岩结构构造部分保存，但岩石较软。岩石的某些矿物成分发生了变化。

(4)基岩

未受干扰的原始岩石。

实际上，不同种类的岩石形成的风化壳分层是不一样的，有的层是完整的，比如花岗岩、粘土岩，有的风化壳只有土层和残积层，比如石灰岩。

在风化壳剖面上，这四层界面不清晰，渐变过渡，不均匀，主要受岩石性质和引起风化因素的影响。风化壳的组成(分层)和特征不仅受岩石性质的影响，还受气候条件的影响。在不同的气候条件下，由于影响风化的因素不同，产生了不同特征的风化产物，也就构成了不同特征的风化壳体。比如寒冷地区形成碎屑风化壳，湿热地区形成砖红壤风化壳。

地质历史时期形成的风化壳称为古风化壳。古风化壳往往保存在岩层或沉积物中，如华北地区下奥陶统和上石炭统之间有一个古风化壳；黄土高原的黄土中也有许多古老的风化壳。由于古风化壳形成后受到其他地表力量的侵蚀，大部分保存不完整，厚度很小。

(5)土壤

土壤是指地球表面疏松的表层，植物可以在此生长。土壤之所以能生长植物，是因为它有一定的肥力。所谓土壤肥力，是指土壤具有长期供应和调节植物生长过程中所需的养分、水分、空气和热量的能力。土壤一般是在风化壳(如山地土壤)和松散沉积物(如平原、盆地土壤)的基础上，经过生物和其他风化作用的综合改造而形成的。

图5-7土壤剖面示意图

a——表层土；b-沉积层；c-母材料层

土壤的主要成分是腐殖质、矿物质、水和空气。腐殖质是由风化产物中的生物和微生物遗骸堆积腐烂而成，它的存在是土壤与其他松散堆积物的主要区别。土壤中的矿物由各种粘土矿物、应时、长石、闪石、云母等组成。这些矿物质与土壤中的腐殖质、水分和空气相互作用，使土壤性质发生变化，形成复杂的肥力性质。土壤厚度一般为50 ~ 60 cm至1 ~ 2 m，最厚可达10 m以上，成熟土壤剖面根据其成分、颜色和结构特征，自上而下可分为三层(图5-7)。

(1)表土

富含有机质，由于腐殖质的堆积，常呈深色、黑色、灰色、浅灰色，是耕作的对象。在这一层的上部，腐殖质比较丰富，颜色也比较暗，称为腐殖质层；这一层的下部，颜色比上部浅，因水的风化和向下淋溶，称为淋溶层或淋溶层。

(2)沉积层或核心土层

有机质比表层土低，上层淋溶出来的一些物质，因为雨水的不断渗透，沉积在这里。主要沉积物质是氧化铁、氧化铝、腐殖质、石膏和碳酸钙。这一层很少受到耕作的影响，但其性质在很大程度上决定了土壤肥力。

(3)母质层

受生物风化或改造影响较弱，在基岩风化壳段相当于残积层和半风化层，在松散沉积层段相当于无生物改造或改造较弱的沉积层，与沉积层呈过渡关系。

在不同的地区和不同的气候条件下，土壤的特性是不同的。主要土壤类型有红壤、黄壤、棕壤、褐土、黑土、黑钙土、石灰土、荒漠土、冰川沼泽土、水稻土和盐碱地。土壤的类型和分布主要与气候带有关。不同的土壤类型可以反映其形成时不同的气候环境。如分布于东北的黑土、黑钙土主要形成于温带-寒温带气候，分布于华南的红壤、黄壤主要形成于热带-亚热带湿润气候，分布于西北的粟钙土、盐碱土主要形成于干旱或半干旱气候。土壤不仅现在可以形成，在地质和历史时期也可以形成。它们被称为古土壤。它们保存在沉积物或岩层中，是研究和恢复古气候、古环境的重要依据。