標題:
風化作用(Weathering)
作者:
邵顯涵
作者說明:
內文:
風化作用是指岩石暴露在空氣、水、和生物的作用下,由應變軟、由大變小,逐漸破碎、分解的過程。這種過程是持續進行的,其效果則因岩石的種類及性質不同而有差異;在不同的氣候環境下,由於風化的機制不同,也有不一樣的結果。

風化作用可分為兩類,一類是機械的風化作用,另一類是化學的風化作用。這兩種作用經常是同時進行、並且互相影響的。一般而言,在乾燥氣候區內,機械風化作用的效果,可能大於化學的風化作用。反之,在濕熱氣候區內,化學風化作用的效果,可能超過機械的風化作用。

一、機械的風化作用:

機械的風化作用是指岩石受物理的壓力或破裂作用變為較小的顆粒,破碎的原因可分為以下四種:

  1. 壓力的解除
    生成於地下深處的岩石,由於上部覆蓋著岩層,通常受到極大的壓力;當上覆的岩層被侵蝕,使這些地下的岩石露出地表時,即可能因壓力減輕而發生膨脹作用,導致岩石破裂,形成岩縫;這種因壓力解除而產生的岩縫,稱為減壓節理。

  2. 冰或鹽類的結晶
    若岩層裂隙內含有水分,當溫度下降至冰點以下時,這些水凝結成冰,體積也膨脹約 9﹪,對岩體造成相當大的張應力,可以有效地使岩石破碎。這種由於冰的結晶生長而造成的風化現象,在中、高緯度雪線以上的地區常見。
    此外,在乾燥地區,地表水中所含的鹽分,因水分蒸發使鹽分在岩層的裂隙內結晶生長,對周圍的岩層產生壓力,導致破碎。這種作用力與冰的結晶類似。

  3. 熱脹冷縮的作用
    地殼表面的岩層,由於長時間受到熱膨脹及冷收縮的作用,逐漸破碎。因岩石的導熱效果差,這種現象,只限於表層。

  4. 植物根的作用
    生長在岩縫之內植物的根,因為逐漸加長、加粗,可以使岩石裂隙加寬。同時,根部的水份及有機物,也促進了化學風化作用的進行。

二、化學的風化作用

化學的風化作用是指化學的分解作用,使得岩石的成份改變,產生新的礦物。這種作用比較複雜,主要有下列五種:

  1. 水合作用(Hydration)
    岩石之內,某些礦物可以與水化合,因而體積膨脹。礦物體積膨脹之後,岩石的內部壓力加大,可以導致破碎。舉例如下:
    CaSO4+2H2O→CaSO4.2H2O

  2. 氧化作用(Oxidation)
    岩石內的礦物與氧發生反應,產生新的礦物,稱為氧化作用。這種作用產生體積較大而密度較低的新礦物,可以導致岩石的破碎與分解。氧化作用在含有水及鐵化合物的岩石中進行較為有效,地表岩石表面常有紅或黃的顏色,即代表鐵化合物發生了氧化作用。例如:
    FeS2+H2O+7/2O2→FeSO4+H2SO4

  3. 水解作用(Hydrolysis)
    礦物吸水之後,進行化學分解,在分解的過程中,產生多種新的化合物,稱為水解作用。最常見的例子是正長石的水解作用:
    2KAlSi3O8(正長石)+2H2O+CO2→Al2Si2O5(OH)4+4SiO2+K2CO3

  4. 碳酸化作用(Carbonation)
    碳酸化作用是礦物與碳酸相互作用造成碳酸化合物的過程。石灰岩與白雲岩遇到碳酸,所發生的碳酸化作用最為明顯。在石灰岩地區,這種作用是最主要的風化作用,可形成特殊景觀。碳酸化作用舉例如下:
    CaCO3+H2O+CO2→Ca(HCO3)2

  5. 離子交換與螯合(Cation Exchange & Chelation)
    離子交換作用是指一種陽離子與礦物內另一種陽離子互相置換,產生新的礦物。螯合作用是一種複雜的作用,主要是指金屬的陽離子進入碳水化合物的分子結構中。

不同種類的岩石,依據其生成環境及礦物組成,對不同的風化作用有不同的風化難易程度。以大尺度觀之,地表的高低起伏就是最好的例證;而在野外,我們常可見岩壁上凹凸不平,抵抗風化作用能力強的岩層較凸出,反之,則較凹陷,這種現象稱為差異性風化作用,是很容易在野外觀察到的現象。