Weathering sub-system 風化作用 Weathering sub-system

風化作用 weathering 剝蝕作用 denudation 侵蝕作用 erosion 塊體移動 mass movement

風化的成因 當地面或岩層一與空氣接觸, 就會出現風化 地殼移動 火山作用 侵蝕 水平線下降

什麼是風化? weathering 物理風化/機械性風化:物理性風化作用是指岩石和礦物逐步崩解成碎屑的過程，而它們自身的化學成分則不會改變 化學風化:包括許多種化學反應過程將岩石礦物的化學結構改變 生物風化:

空氣有幾重要? 熱的來源 水氣的來源  植物的多少

風化的系統是開放或是封閉的呢? 開放系統 大氣層 塊體移動 投入 過程 E.g. 物理風化化學風化 產出 風化層 生物層 河道系統 地質層 流入海洋 開放系統

影響風化的因素(外在)– 熱能/溫度 直接: 溫度的波動  重重複複的受熱膨脹, 受冷而縮  令岩石破裂 間接: 加速化學作用 (增加水氣) -- 日溫差 (荒漠地區) -- 年溫差 (內陸或極地地區)

影響風化的因素(外在)– 水/濕度 來源: -- 雨水 -- 海洋 -- 水蒸氣 水對風化作用產生的重要性: 缺乏水分，所以風化的深度淺，只在表面 雨水影響酸鹼度，加速化學風化作用 雨水加速植被生長，加速生物風化作用 水量

補充資料 (不用抄) 雨水幾時會呈酸性? 雨水含有大量的氫離子  較酸性  形成稀碳酸(weak carbonic acid) 氫離子亦會在植被內釋放, 當雨水透過下滲或滲透  呈酸性 污染物質如二氧化硫 (sulphur dioxide)如與雨水溶合  稀硫酸

影響風化的因素(內在) 岩石的種類 岩石的結構

影響風化的因素 還有其他嗎??? 時間 植被 地形 人類活動

抗風化力強 石英 (quartz)

抗風化力弱 石灰岩 (limestone)

物理風化 Physical weathering

物理風化 physical weathering 物理性風化作用是指岩石和礦物逐步崩解成碎屑的過程，而它們自身的化學成分則不會改變

壓力消減與卸除 Pressure release

火成岩  花崗岩 當膨脹超過彈性極限後

Block distintegration 塊狀崩裂 Block distintegration

節理或裂隙較多的均質岩石 日夜溫差較大的地區 吸熱增溫而膨脹 放熱降溫，發生收縮 反覆進行，導致岩石沿裂縫成塊裂開

頁狀剝落 Exfoliation

導熱體 岩石表層增溫最快，膨脹最劇烈 岩石表層與內部的熱膨脹變形量不同 岩石經過長時間的交替作用後，最終導致岩石的表面逐層剝落 顆粒較細的岩石

大蛋 (exfoliation dome)

Granular disintegration 粒狀崩解 Granular disintegration

各種礦物的熱力膨脹系數不同 各種礦物膨脹或收縮的變形量不同 如較深色的礦物會最先分離 礦物顆粒彼此分離，慢慢崩解為鬆散的礦物顆粒 粗粒岩石，如花崗岩，砂岩等

frost action/shattering 凍裂/凍融作用 frost action/shattering

經常出現於 – 高山區 低日射地區 高緯度的內陸地區 chalk(白堊)

鹽結晶作用salt weathering 通常在沿海或乾旱的地區 毛細管作用到達岩石表面，水分蒸發後出現結晶 終年受到含有鹽分的波浪沖擊，也有利於鹽結晶作用的進行 鹽結晶作用salt weathering

化學風化 Chemical weathering

化學風化 chemical weathering 化學性風化包括許多種化學反應過程將岩石礦物的化學結構改變 炎熱潮濕的氣候，化學性風化特別旺盛 水分成為溶解劑 水分成為酸性容器

化學風化後…… 產生新的物質 (增加體積) 改變其本身的物質 減弱其結構能力

氧化作用 Oxidation 氧化土

氧離子與金屬離子結合 使其體積增大 變為疏鬆或易溶解的礦物 如黃鐵礦變為褐鐵礦 含鐵質的礦物最易受氧化 顏色: 褐紅色

指氧氣與礦物質發生氧化反應  產生新的物質 : 褐鐵礦 增加其體積 減弱其結構能力  容易碎裂 指氧氣與礦物質發生氧化反應  產生新的物質 : 褐鐵礦

溶解作用 Solution -指水對礦物質直接溶解 -增加岩石的孔隙, 有利其他風化作用 -通常發生在含鹽或溶解度高的岩石

水化作用 Hydration 赤鐵礦 (hematite) 水 = 褐鐵礦 (limonite)

礦物的晶體結構中加入了水分子 使體積增大產生壓力而令岩石礦物粒子崩裂 例如硬石膏水化後變成石膏 乾燥地區周期性的乾濕循環最常見 2Fe2O3 + 3H2O  2Fe2O3 . 3H2O Ferric Oxide ( hematite ) water limonite

水解作用 Hydrolysis 多發生於在礦物中含有大量矽酸鹽(silicate) 長石(feldspar)+ 水+ 離子(ions) = 高嶺石(kaolinite) 水解作用 Hydrolysis

例如花崗岩的長石因水解作用成為高嶺土(Kaolinite) 分解形成黏土的最重要過程 水中的氫氧離子與岩石礦物發生化學反應 特別在矽酸鹽物質(silicate)上 火成岩 例如花崗岩的長石因水解作用成為高嶺土(Kaolinite) 2KAlSi3O8 + 11H2O + 2CO  Al2Si2 ( OH ) + 2K ( HCO ) + 4H SiO orthoclase feldspar water kaolinite potassium carbonate silicic acid

碳酸化作用 Carbonation

水 + 二氧化碳(carbon dioxide) = 稀碳酸 (weak carbonic acid) 石灰岩內的鈣(carbonate of limestone) +稀碳酸 (weak carbonic acid) = 碳酸鈣 (calcium bicarbonate)

有機物質與碳酸結合成有機酸 特別容易與岩石中的 鈣 發生化學作用 石灰岩區 火成岩及變質岩 CaCO3 + H2O3  Ca (HCO3) 2 Calcite + Carbonic acid  Calcium bicarbonate

生物風化 biological weathering 在新陳代謝過程中產生的各種有機酸 透過微生物的分解作用 植物的根系沿岩石裂隙生長 動物挖掘洞穴 有利於更多的水及空氣進入

風化的相關地形Resultant landforms of Weathering 突岩 Tors 多位於山頂 特別在花崗石地區

香港較常見 因為…… 如望夫石

蜂窩狀風化 honeycomb weathering 蜂窩岩(俗稱貓公石)

風化層 weathering profile

喀斯特地形karst landscape 出現在含有豐富碳酸鈣的石灰岩 進行碳酸化作用 風化物會被溶解而帶走 在地表上會形成石灰坑(grikes)和石灰脊(clints) 最終可能成為峽谷 (gorge)

Dent de Crolles, France

雲南

Turkey cappadocia 卡帕多細亞

鐘乳石 stalactite 碳酸鹽岩地區洞穴 形成的石鐘乳、石筍、石柱等不同形態碳酸鈣沉澱物 石灰石

桂林

氣候區 熱帶濕潤 ( ) 熱帶乾燥 ( ) 苔原 ( ) 風化作用 環境條件 溫度: 全年高溫 降雨: 大量降雨  沒有季節性 生物: 茂盛的植被和大量動物生長 溫度: 日溫高，夜溫低 降雨: 蒸發量大，降雨量少 生物: 動植物量稀少 溫度: 全年平均氣溫低 降雨: 降雨量少  呈固體

物理風化 溫差: 厚的舊風化殼和森林覆蓋，氣溫變化少(日溫差少) 類型: 當岩石裸露出地，則其表面在高溫加熱下，岩石剝離作用加強，容易形成塊狀分裂，粒狀崩解和頁狀剝落 溫差: 溫差變幅大 (日溫差) 熱脹冷縮易使岩石破裂、崩解成粒狀或頁狀剝落 高蒸發量，導致岩石內部鹽份結晶  鹽結晶作用 溫差: 溫度在凝結點附近變化 (年溫差) 故冰凍與融化交替作用，加強了凍融作用

化學風化 雨量: 高溫多雨、淋溶作用強烈 多雨使易溶礦物質溶解 溫度: 高溫使礦物質容易氧化 類型: 水解作用, 氧化作用, 水化作用, 溶解作用和碳酸化作用強 雨量: 缺水不利於以溶解為主的化學風化 溫度: / 沙漠中的霧水導致有微量化學風化緩慢進行 但若有充足夠的偶發性降水，可進行水解作用 雨量: 降水不多 溫度: 氣溫低、熱量少 水份因永久凍土以難以下滲, 化學風化不明顯

生物風化 生物量: 茂盛的植被和大量動物生長植物的根部，動物的活動、人類的工程及耕種等，均加強了生物的物理性風化 繁茂的生物新陳代謝 微生物的分解  加強了生物的化學風化 動植物量稀少，生物風化弱

風化層 風化層厚，可達30米或以上 表層風化： 土層 深層風化： 高溫多雨使雨林風化不斷進行，使土層變得更厚，形成很厚的風化殼，覆蓋在岩石上。如巴西的頁岩區，風化層達120米，平均為（10-30米） 風化速度： 迅速，為極地的10倍，溫帶的3倍，坡面因風化退却1米只需10²¯³年 形成的地形： 厚而未固結的風化層容易做成山泥傾瀉、突石和核心石，厚粘土層 礦物質多鋁、鐵、氫氧化合物聚積，如高嶺土、赤鐵礦等 風化層較少，只有3米左右 土層淺薄、底部為岩石 緩慢，坡面因風化後退1米需107年 在乾燥地區做成碎石崩和在山腳堆積成碎石灘（Serce） 礦物多石鹽、硝石、及硬石膏等 風化層薄 小量泥土 冰緣區，只發生在凍土層以上 / 速度較快，坡面因風化後退1米需103-4年 形成新岩石碎屑 例證 阿馬遜森林/剛果河盆地/巴布亞新幾內亞/馬來西亞及印尼 撒哈拉沙漠/澳地利亞沙漠… 阿拉斯加/格陵蘭/西伯利亞北部沿岸

風化與人的關係 風化影響人類 --- 高嶺土可用於製紙業 風化是泥土形成的基本過程 影響建築工程和道路建設 很多古老的建築受風化影響，不能保持原貌

人類影響風化 空氣中的污染物鼓勵化學性風化 伐林

香港的風化 溫度 降雨 生物 人類活動 http://www.geopark.gov.hk/b5_education4b.html

水在風化系統中擔當了怎樣的角色呢? What is the role of water in the processes of weathering? 在物理風化上(In physical weathering)…… - 凍融作用: 雨水能注滿岩石的空隙(frost shattering: water can fill the cracks of the rocks) 鹽分結晶: 有水的介入 (e.g. 海水) (Salt weathering: the water added such as sea water) 水在物理風化上擔當了一定的角色, 可惜並不是最重要! Water plays a role in physical weathering BUT not the most important!

水在風化系統中擔當了怎樣的角色呢? What is the role of water in the processes of weathering? 在化學風化上(In chemical weathering)…. 所有化學風化過程如:(all chemical weathering) 氧化作用(oxidation) ; 溶解作用(solution) ; 水化作用(hydration) ; 水解作用(hydrolysis); 碳酸化作用(carbonation) 都需要水的介入(need water added) 水在化學風化上擔當了一個重要的角色, 沒有水  沒有化學風化!!! Water plays an important role in chemical weathering, no water  no chemical weathering!!!

重點重溫 何謂風化? 物理風化與化學風化有何分別? 生物如何影響風化? 物理風化分了那幾種類型? 他們有何分別? 水對物理風化的重要性是如何? 化學風化分了那幾種類型? 化學風化最終會令岩石有何影響? 水對化學風化的重要性是如何?

風化層是指什麼? 物理與化學風化的風化物有何不同? 風化會做成什麼地形? 那一類型的風化在TRF最為常見? 為何? 那一類型的風化在TD最為常見? 為何? 那一類型的風化在苔原最為常見? 為何? 它們的風化層有何分別? 香港有風化嗎? 那一類型較多? 風化對我們有何影響? 人類活動如何加劇風化?