风化作用地球的外部系统.pptx
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1、龟卧高台第二篇 地球的外部系统目的了解外动力地质作用的结果削高补低从地质学的角度分析现今地表各种作用的过程和产物利用“将今论古”的方法,推测地质历史上地表演化历史和过程地质作用概述地质作用在自然界中所发生的一切可以改变固体地球物质组成、构造和地表形态的作用地质作用的三重概念:能、营力、作用方式营力:由能量转化而成的,能够发生地质作用的力根据能量来源可以划分为:内动力地质作用和外动力地质作用Geological Process(地质作用)ExternalProcesses(外动力地质作用)外动力地质作用)Erosion-rocksarebrokendown(weathered)intosmall
2、fragmentswhicharethencarriedbywind,water,iceandgravity.ExternalbecauseerosionoperatesattheEarthssurface.Theenergysourceforthisprocessissolarandgravitational.InternalProcesses(内动力地质作用内动力地质作用)Processesthatproducemagmas,volcanoes,earthquakesandbuildmountainranges.EnergycomesfromtheinterioroftheEarth,Mo
3、stfromradioactivedecay-nuclearenergy.地质作用的方式地质作用相互关系Some Geologic Rates地质上的变形速率CuttingofGrandCanyon2km/3m.y.=1cm/15yrUpliftofAlps5km/10m.y.=1cm/20yr.OpeningofAtlantic5000km/180m.y.=2.8cm/yr.UpliftofWhiteMtns.(N.H.)Granites8km/150m.y.=1cm/190yr.Some Geologic RatesMovementofSanAndreasFault5cm/yr=7m/14
4、0yr.MovementofKunlunFaultMovementofAltynTaghFault0.8cm/yr=GrowthofMt.St.Helens3km/30,000yr=10cm/yr.DepositionofNiagaraDolomite100m/1m.y.=1cm/100yr.ProcessesrangefromthosethatoccurrapidlytothosethatoccurslowlyExamplesofslowprocessesFormationofrocksChemicalbreakdownofrocktoformsoil(weathering)Chemical
5、cementationofsandgrainstogethertoformrock(diagenesis)Recrystallizationtorocktoformadifferentrock(metamorphism)Constructionofmountainranges(tectonism)ErosionofmountainrangesExamplesoffasterprocessesBeacherosionduringastorm.ConstructionofavolcanicconeLandslides(avalanches)DustStormsmudflows第四章 风化作用(We
6、thering)Weathering(风化作用)(风化作用)SincemanyrocksandmineralsareformedunderconditionspresentdeepwithintheEarth,whentheyarrivenearthesurfaceasaresultofupliftanderosion,theyencounterconditionsverydifferentfromthoseunderwhichtheyoriginallyformed.AmongtheconditionspresentneartheEarthssurfacethataredifferentfr
7、omthosedeepwithintheEarthare:LowerTemperature(NearthesurfaceT=0-50oC)LowerPressure(NearthesurfaceP=1toseveralhundredatmospheres)Higherfreewater(thereisalotofliquidwaternearthesurface,comparedwithdeepintheEarth)Higherfreeoxygen(althoughO2isthemostabundantelementinthecrust,mostofitistiedupbondedintosi
8、licateandoxideminerals-atthesurfacethereismuchmorefreeoxygen,particularlyintheatmosphere).Becauseofthesedifferingconditions,mineralsinrocksreactwiththeirnewenvironmenttoproducenewmineralsthatarestableunderconditionsnearthesurface.MineralsthatarestableunderP,T,H2O,andO2conditionsnearthesurfaceare,ino
9、rderofmoststabletoleaststable:Ironoxides,Aluminumoxides-suchashematiteFe2O3,andgibbsiteAl(OH)3.铁的氧化物和铝的氧化物:赤铁矿和水铝矿Quartz*石英ClayMinerals粘土矿物Muscovite*白云母AlkaliFeldspar*碱性长石Biotite*黑云母Amphiboles*角闪石Pyroxenes*辉石Ca-richplagioclase*富钙斜长石Olivine*橄榄石Weatheringistheprocessesthatcausethebreakdownofrocks,eith
10、ertoformnewmineralsthatarestableonthesurfaceoftheEarth,ortobreaktherocksdownintosmallerparticles.Geologistsrecognizetwocategoriesofweatheringprocesses1.PhysicalWeathering-disintegrationofrocksandmineralsbyaphysicalormechanicalprocess.2.ChemicalWeathering-chemicalalterationordecompositionofrocksandmi
11、nerals.风化是矿物和岩石的物理破碎崩解、化学分解和生物分解等复杂过程的综合。“风化”被广泛用于地球科学的许多分支学科,但“风化”一词并不能反映出这一复杂过程的全部。风化作用可以相对的划分出物理风化和化学风化。4.1 Physical WeatheringPhysical Weathering物理风化Physical WeatheringPhysical WeatheringDevelopmentofJoints(节理发育节理发育)Jointsformasaresultofexpansionduetocoolingorreliefofpressureasoverlyingrocksarer
12、emovedbyerosion.JointsformfreespaceinrockbywhichotheragentsofchemicalorphysicalweatheringcanenterHeat(热热)-Dailyheatingandcoolingofrocks;suddenexposuretohightemperature,suchasinaforestorgrassfiremaycauseexpansionandeventualbreakageofrock.PlantandAnimalActivities(植物)-Plantrootscanextendintofracturesan
13、dgrow,causingexpansionofthefracture.Animalsburrowingormovingthroughcrackscanbreakrock.FrostWedging(冰楔作用冰楔作用)-Uponfreezing,thereisanincreaseinthevolumeofthewater.Asthewaterfreezesitexpandsandexertsaforceonitssurroundings.Frostwedgingismoreprevalentathighaltitudeswheretheremaybemanyfreeze-thawcycles.温
14、度风化昼夜温差和季节温差热胀冷缩岩石中矿物的差异岩石的各向异性同一矿物的晶格差异机械风化外部营力作用使岩石发生机械破坏冻结风化植物根系Frost Wedging Frost Wedging 冻 结 风 化 示 意 图Asthewaterfreezesitexpandsandexertsaforceonitssurroundings.Frostwedgingismoreprevalentathighaltitudeswheretheremaybemanyfreeze-thawcycles.岩石遭受冻结风化的现象植物的根劈作用Plantrootscanextendintofracturesandg
15、row,causingexpansionofthefracture.黄山的迎客松就生长在岩石的裂缝中4.2 Chemical WeatheringChemical Weathering化 学 风 化Types of Chemical Weathering ReactionsTypes of Chemical Weathering Reactions Oxidation-Sincefreeoxygen(O2)ismorecommonneartheEarthssurface,itmayreactwithmineralstochangetheoxidationstateofanion.Thisism
16、orecommoninFe(iron)bearingminerals,sinceFecanhaveseveraloxidationstates,Fe,Fe+2,Fe+3.DeepintheEarththemostcommonoxidationstateofFeisFe+2.Pyroxene辉石Magnetite磁铁矿 Quartz4.2.1 化学风化的方式及过程氧化作用是地球表面最为活跃的风化作用形式之一,氧化作用通常使一些具有多种化学性质的元素由低价氧化物转变为高价氧化物。如:FeS2+nO2+mH2OFeSO4Fe2(SO4)3Fe2O3nH2O氧化作用Types of Chemical
17、Weathering ReactionsTypes of Chemical Weathering ReactionsHydrolysis-H+orOH-replacesanioninthemineralLeaching-ionsareremovedbydissolutionintowater.IntheexampleabovewesaythattheK+ionwasleached.Dehydration-removalofH2OorOH-ionfromamineral.CompleteDissolution-allofthemineraliscompletelydissolvedbythewa
18、ter.Orthoclase正长石Kaolinite高岭石Goethite针铁矿Hematite赤铁矿复杂的水解作用对于硅酸盐类和铝硅酸盐类岩石的风化具有特别重要的意义。这种作用过程包括分解矿物、带出某些元素、与氢氧离子组合、水化作用等,如长石通过中间形式形成高岭石的过程:K(AlSi3O8)(K,H3O)Al2(OH)2(AlSi4O10)Al4(OH)8(Si4O10)水解作用溶解作用是化学风化过程的另一种常见的形式。含有CO2或者其他酸性气体的水,可以使岩石发生溶解。对于一些蒸发盐类,如石膏、岩盐等,水的溶解作用表现尤为明显。溶解作用水化作用是指水与原生矿物组合并形成新矿物的过程,如:C
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