[科普中国]-化学风化作用

溶解作用

水直接溶解岩石中矿物的作用称为溶解作用。溶解作用的结果，使岩石中的易溶物质被逐渐溶解而随水流失，难溶的物质则残留于原地。岩石由于可溶物质的被溶解而致孔隙增加，削弱了颗粒间的结合力从而降低岩石的坚实程度，更易遭受物理风化作用而破碎。最容易溶解的矿物是卤化盐类（岩盐，钾盐），其次是硫酸盐类（石膏，硬石膏），再次是碳酸盐类（石灰岩，白云岩）。岩石在水里的溶解作用一般进行的十分缓慢，但是当水的温度升高以及压力增大时，水的溶解作用就比较活跃。特别是当水中含有侵蚀性的CO2而发生碳酸化作用时，水的溶解作用就会显著增强，如在石灰岩分布地区，由于这种溶解作用经常会产生溶洞、溶穴等岩溶现象。

水化作用有些矿物与水接触后和水发生化学反应，吸收一定量的水到矿物中形成含水矿物，这种作用称为水化作用。如硬石膏经过水化作用变为石膏就是很好的例子。

CaSO4 +2H2O →CaSO4·2H2O

硬石膏 石膏

水化作用的结果产生了含水矿物。含水矿物的硬度一般低于无水矿物，同时由于在水化过程中结合了一定数量的水分子进人物质的成分之中，改变了原有矿物的成分，引起体积膨胀，对岩石也具有一定的破坏作用。

若岩层中含有硬石膏时，当石膏发生水化作用而体积膨胀，对围岩会产生很大的压力，促使岩层破碎。在隧道施工中，这种压力甚至能引起支撑倾斜、衬砌开裂，应当引起足够的注意。

水解作用某些矿物溶于水后，出现离解现象，其离解产物可与水中的H和OH离子发生化学反应，形成新的矿物，这种作用称为水解作用。例如正长石经水解作用后，开始形成的K与水中OH离子结合，形成KOH随水流失，析出一部分SiO2可呈胶体溶液随水流失，或形成蛋白石（SiO2·nH2O）残留于原地；其余部分可形成难溶于水的高岭石而残留于原地。

碳酸化作用当水中溶有CO2时，水溶液中除H和(OH)离子外，还有CO3和HCO3离子，碱金属及碱土金属与之相遇会形成碳酸盐，这种作用称为碳酸化作用。硅酸盐矿物经碳酸化作用其中碱金属变成碳酸盐随水流失，如花岗岩中的正长石受到长期碳酸化作用时，则发生如下反应：

4K（AlSi3O8）+ 4H2O + 2CO2→2K2CO3 + 8SiO2+Al4（Si4O10）（OH）8 正长石 高岭石

氧化作用矿物中的低价元素与大气中的游离氧化合变为高价元素的作用，称为氧化作用。氧化作用是地表极为普遍的一种自然现象。在湿润的情况下，氧化作用更为强烈。自然界中，有机化合物、低价氧化物、硫化物最容易遭受氧化作用。尤其是低价铁常被氧化成高价铁。例如常见的黄铁矿（FeS2）在含有游离氧的水中，经氧化作用形成褐铁矿（Fe2O3·nH2O），同时产生对岩石腐蚀性极强的硫酸，可使岩石中的某些矿物分解形成洞穴和斑点，致使岩石破坏。

2FeS2 + 7O2 + 2H2O →2FeSO4 + 2H2SO4

黄铁矿 硫酸亚铁

12FeSO4 + 3O2 + 6H2O→ 4Fe2(SO4)3 + 4Fe(OH)3

硫酸亚铁 褐铁矿

Fe2(SO4)3 +6H2O →2Fe(OH)3 + 3H2SO4

褐铁矿 硫酸

影响因素岩石的矿物成分岩石化学风化的本质是岩石中各种矿物成分的变质，物理风化同样与组成岩石的矿物成分有关。按风化的难易程度，我们可将矿物划分如下：

1) 稳定性矿物，如白云母、石英、石榴石等。

2) 较稳定性矿物，例如：辉石、角闪石、黑云母、正长石等。

3) 不稳定性矿物。例如：斜长石、橄榄石等。

岩石中的不稳定性矿物含量越高。抗风化能力越低。

岩性岩性包括岩石的结构与构造、矿物颗粒大小与形状、孔隙率、吸水率、坚固性等物理力学性质。结构致密、岩性坚固、孔隙率和吸水率小的岩石其抗风化能力就好，反之就易风化。

地质构造与岩体的结构性地质构造对岩体的结构性有很大的影响，而岩体的结构性(岩体结构面的产状、交汇切割情况、间距大小以及岩体裂隙的张开性、充填情况、渗透性等)又对岩体的抗风化能力有很大影响。岩体的结构面愈发育、裂隙愈大、充填情况愈差、渗透性愈好就愈易风化。

气候状况与地表水气温高、雨量充足、湿度大、植物生长茂盛的我国南方地区以化学风化为主，温差大、雨量少、干燥、植被差、风力作用强烈的我国北方地区则以物理风化为主。

地貌与地下水地貌对岩石风化的影响和水、风、温差、地势以及基岩埋藏条件等多重因素有关。地下水对岩石的风化则主要体现为溶解溶蚀和再结晶。

其他因素人类活动形成的环境污染等也会成为影响化学风化的重要因素1。

物理风化与化学风化的异同物理风化作用和化学风化作用的概念不一样，性质也完全不同。

物理风化作用仅发生机械破碎，不发生化学变化，不生成新矿物；化学风化作用不仅发生机械破碎，还要发生化学变化，甚至生成新矿物。化学风化作用的方式有氧化作用、碳酸盐化作用、水溶液的作用等。