外动力地质作用

外动力地质作用外动力地质作用外动力地质作用外动力地质作用黄定华黄定华中国地质大学武汉中国地质大学武汉 地球生物学系地球生物学系外动力地质作用的主要任务就是削高补低，重塑地外动力地质作用的主要任务就是削高补低，重塑地表形态并产生相应的地质产物表形态并产生相应的地质产物沉积物沉积物学习要点学习要点学习要点学习要点何谓外动力地质作用？何谓外动力地质作用？外外动动力力作作用用指指以以太太阳阳能能为为主主、重重力力参参与与所所驱驱动动的的地地球球过过程程。在在形形式式上上分分别别表表现现为为风风的的作作用用、海海洋洋与与湖湖泊泊作作用用、河河流流与与地地下下水水作作用用、冰冰川川与与重重力力作作用用；在在过过程程上上那那么么依依次次表表现现为为风风化化作作用用，剥剥蚀蚀作作用用，搬搬运运作用和沉积作用。作用和沉积作用。外动力地质作用类型外动力地质作用类型按地质营力分：按地质营力分：地地面面流流水水地地质质作作用用、海海洋洋地地质质作作用用、地地下下水水地地质质作作用用、风风的的地地质作用、湖泊地质作用、冰川地质作用、生物地质作用等。质作用、湖泊地质作用、冰川地质作用、生物地质作用等。按作用程序分：按作用程序分：风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用。风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用。成岩作用成岩作用是介于内、外作用之间的一个特殊阶段是介于内、外作用之间的一个特殊阶段风风风风 化化化化 作作作作 用用用用 风风化化作作用用是是指指在在地地表表条条件件下下，由由于于太太阳阳，大大气气，水水，生物等的作用，使岩石在原地遭受破坏的地质作用。生物等的作用，使岩石在原地遭受破坏的地质作用。根本原因：岩石在新的环境下调整到达新的平衡状态。根本原因：岩石在新的环境下调整到达新的平衡状态。风化作用是所有外动力地质作用得以发生的序幕。风化作用是所有外动力地质作用得以发生的序幕。风的地质作用风的地质作用风化作用风化作用1 风化作用类型风化作用类型物理风化作用物理风化作用化学风化作用化学风化作用生物风化作用生物风化作用1 风化作用方式风化作用方式 物理风化胀缩交替温差、冰劈、盐类结晶与潮解等物理风化胀缩交替温差、冰劈、盐类结晶与潮解等 化学风化化学反响溶解、氧化、水化、水解和碳酸化化学风化化学反响溶解、氧化、水化、水解和碳酸化 生物风化生命活动生物物理和生物化学过程生物风化生命活动生物物理和生物化学过程1.物理风化作用物理风化作用定定义义：岩岩石石和和矿矿物物主主要要受受温温度度变变化化等等因因素素影影响响，在原地在原地发生机械破碎而无明显化学改变发生机械破碎而无明显化学改变的过程。的过程。物理风化的主要方式物理风化的主要方式1.1.温温差差风风化化：岩岩石石表表层层温温度度的的周周期期性性变变化化使使岩岩石石崩崩解解，多多在在温差大的干旱和半干旱地区发生。温差大的干旱和半干旱地区发生。2.2.冰冰劈劈作作用用：岩岩石石裂裂隙隙中中的的水水结结冰冰后后体体积积膨膨胀胀,溶溶化化后后体体积积变变小小，再再参参加加水水，然然后后再再次次膨膨胀胀,长长期期反反复复作作用用引引起起岩岩石石破破裂裂。主要发生有高纬度及高山区。主要发生有高纬度及高山区。3.3.盐盐类类的的结结晶晶与与潮潮解解作作用用：与与冰冰劈劈类类似似。盐盐类类结结晶晶使使体体积积增增大，多发生在干旱及半干旱地区。大，多发生在干旱及半干旱地区。定定义义：地地表表附附近近岩岩石石和和矿矿物物因因化化学学反反响响，而而使使其其成分和结构发生改变的过程。成分和结构发生改变的过程。2.化学风化作用化学风化作用化学风化的主要方式化学风化的主要方式:氧化作用氧化作用:矿物与大气或水中的氧化合生成氧化物的作用。如：矿物与大气或水中的氧化合生成氧化物的作用。如：4FeS4FeS2 2(黄铁矿黄铁矿)+19O)+19O2 2+mH+mH2 2O O2Fe2Fe2 2O O3 3.nH.nH2 2O+8HO+8H2 2SOSO4 4溶解作用溶解作用:卤卤化化物物、硫硫酸酸盐盐、碳碳酸酸盐盐等等矿矿物物易易溶溶于于水水的的作作用用。最常见是碳酸盐矿物溶于含最常见是碳酸盐矿物溶于含COCO2 2的水溶液中，的水溶液中，如：如：CaCOCaCO3 3(方解石方解石)+H)+H2 2O+COO+CO2 2Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2水水解解作作用用:水水中中H H 和和OHOH 离离子子置置换换矿矿物物在在水水中中离离解解出出的的离离子子的的作作用。如用。如 4KAlSi3O8(4KAlSi3O8(钾钾长长石石)+6H2O)+6H2O Al4Si4O10(OH)8 Al4Si4O10(OH)8(高高岭岭石石)+8SiO2(+8SiO2(蛋白石胶体蛋白石胶体)+4K(OH)()+4K(OH)(溶液溶液)水化作用：水分子结合到矿物晶格中变成为含水的新矿物。如水化作用：水分子结合到矿物晶格中变成为含水的新矿物。如 Fe2O3(Fe2O3(赤铁矿赤铁矿+nH2O+nH2O Fe2O3 nH2O Fe2O3 nH2O褐铁矿褐铁矿化学风化的主要方式化学风化的主要方式:定定义义：生生物物在在生生命命活活动动中中引引起起岩岩石石的的分分解解和和破破坏坏作用。作用。3.生物风化作用生物风化作用1.1.生物机械风化作用生物机械风化作用:根劈作用；人类活动。根劈作用；人类活动。2.2.生物化学风化作用生物化学风化作用:生生物物的的分分泌泌物物和和死死亡亡后后遗遗体体腐腐烂烂分分解解产产物物对对岩岩石和矿物的破坏作用。石和矿物的破坏作用。化学风化的主要方式化学风化的主要方式1 1岩石成分对风化作用的影响：岩石成分对风化作用的影响：元元素素的的迁迁移移能能力力：某某些些元元素素易易于于从从矿矿物物中中析析出出。如如K K、CaCa、NaNa、MgMg等，有些不易析出，如等，有些不易析出，如AlAl、FeFe、TiTi及及SiO2SiO2等。等。矿矿物物的的抗抗风风化化能能力力：浅浅色色或或无无色色矿矿物物抗抗风风化化能能力力大大于于深深色色矿矿物物；表表层层形形成成的的矿矿物物比比地地下下深深处处高高温温高高压压环环境境中中形形成成的的矿矿物物耐耐风风化化；岩浆岩矿物中抗风化能力与结晶顺序相反。岩浆岩矿物中抗风化能力与结晶顺序相反。4.影响风化作用的因素影响风化作用的因素矿物抗风化序列：矿物抗风化序列：自自然然元元素素 氧氧化化物物、氢氢氧氧化化物物 硅硅酸酸 盐盐、硫硫化化物物 硫硫酸盐、卤化物酸盐、卤化物造岩矿物抗风化序列：造岩矿物抗风化序列：石石英英 白白云云母母 正正长长石石 黑黑云云母母酸酸性性斜斜长长石石 角角闪闪石中性斜长石石中性斜长石 辉石基性斜长石辉石基性斜长石 橄榄石橄榄石花岗闪长岩中闪长岩包体差异风化现象花岗闪长岩中闪长岩包体差异风化现象差差异异风风化化现现象象：在在相相同同风风化化条条件件下下由由于于岩岩性性的的不不同同导导致致风风化化速速度度不不同同，使使岩岩石石外外表表出现凸凹不平的现象出现凸凹不平的现象2 2岩石结构、裂隙度的影响：岩石结构、裂隙度的影响：岩岩石石中中矿矿物物颗颗粒粒大大小小、孔孔隙隙度度、裂裂隙隙度度等等均均会会对对岩岩石石的的风风化化产产生生影影响响。通通常常颗颗粒粒大大者者易易风风化化，裂裂隙隙发发育育者者易易风化。风化。球球形形风风化化现现象象：岩岩石石中中因因发发育育多多组组裂裂隙隙，在在风风化化作作用用下下趋趋于于球球形形化化的的现现象象。常常见见于于较较细细、均均质质岩岩石石中中，如如粉粉砂岩、凝灰岩、火山熔岩中。砂岩、凝灰岩、火山熔岩中。细砂岩、中浅层侵入岩等岩性均一的岩石最易发生细砂岩、中浅层侵入岩等岩性均一的岩石最易发生3 3气候的影响：气候的影响：炎炎热热潮潮湿湿区区化化学学生生物物风风化化作作用用十十分分强强烈烈，干干旱旱、半半干干旱区以温差风化为主，寒冷冰冻区以冰劈作用为主。旱区以温差风化为主，寒冷冰冻区以冰劈作用为主。气候对风化作用的程度、类型和深度影响也是显著的气候对风化作用的程度、类型和深度影响也是显著的4 4地形条件：地形条件：地形上下造成气候垂直分带；阳坡比阴坡风化作用强地形上下造成气候垂直分带；阳坡比阴坡风化作用强风风化化壳壳：由由残残积积物物和和土土壤壤在在陆陆地地上上构构成成的的，厚厚薄薄不不均均的不连续薄壳。的不连续薄壳。古古风风化化壳壳：地地质质时时期期形形成成、已已经经成成岩岩但但仍仍保保存存相相应应特特征的风化壳征的风化壳风化壳的垂直分带结构：土壤层、残积层、半风化层风化壳的垂直分带结构：土壤层、残积层、半风化层5 风化壳的组成与结构风化壳的组成与结构 风化壳的垂向结构风化壳的垂向结构土土壤壤层层：经经过过生生物物风风化化作作用用的的改改造造而而富富含含腐腐殖殖质质的的残残积物。积物。残残积积层层：经经长长期期物物理理和和化化学学风风化化作作用用后后残残留留在在原原地地的的风化产物。风化产物。半半风风化化层层：遭遭受受初初步步风风化化作作用用影影响响、岩岩石石的的结结构构、构构造和成分尚未发生彻底变化的岩石局部造和成分尚未发生彻底变化的岩石局部土壤层土壤层残积层残积层半风化层半风化层腐腐殖殖质质是是一一种种复复杂杂化化合合物物的的混混合合物物，通通常常呈呈黑黑色色或或棕棕色色，性性质质为为胶胶体体状状。它它具具有有比比土土壤壤无无机机组组成成中中粘粘粒粒更更强强的的吸吸持持水水分分和和养养别别离离子子的的能能力力，因因此此，少少量量的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。风风 化化 作用的元素序列与开展阶段作用的元素序列与开展阶段古风化壳古风化壳现代风化壳现代风化壳 风风 化化 壳壳 与与 土土 壤壤n腐殖质层腐殖质层On淋淋 溶溶 层层 An淀积层淀积层 Bn半风化层半风化层CO O、A A、B B层层合合称称为为土土体体，是是成成土土作作用用最最为为活活泼泼的的层层次和真正意义上的土壤层。次和真正意义上的土壤层。风的地质作用风的地质作用风风是是空空气气的的水水平平运运动动。它它起起源源于于太太阳阳对对大大气气的的幅幅射射，形形成成于不同的纬度分带和地理分区。于不同的纬度分带和地理分区。风是导致风是导致沙漠化沙漠化，风成黄土风成黄土与与风灾风灾的直接原因之一。的直接原因之一。大大气气系系统统是是一一个个受受到到多多种种不不确确定定因因素素影影响响的的复复杂杂系系统统；因因此气候变化的长期行为是不可预测的。此气候变化的长期行为是不可预测的。多多发发生生于于植植被被稀稀少少、地地表表物物质质疏疏松松、蒸蒸发发量量远远大大于于降降雨雨量量的干旱地区。的干旱地区。是是一一种种纯纯机机械械性性作作用用，即即风风的的侵侵蚀蚀、搬搬运运、沉沉积积均均以以机机械械方式进行。方式进行。风是气体介质，多无固定的流动路线；风速和风向变化大。风是气体介质，多无固定的流动路线；风速和风向变化大。1 风的地质作用特点风的地质作用特点在在海海洋洋与与陆陆地地交交界界的的部部位位，会会产产生生一一种种特特殊殊的的“海海陆陆风风。主主要要成成因因是是源源于于海海洋洋与与陆陆地地的的热热容容不不同同，导导致致了了相相互互间间温温度的不同步变化，从而产生了昼夜风向不同的海陆风。度的不同步变化，从而产生了昼夜风向不同的海陆风。海陆风的形成与运动海陆风的形成与运动1.大气的结构大气的结构 大大气气圈圈在在垂垂直直和和水水平平两两个个方方向向上上分分别别存存在在着着非非均均一一现象，据此可以对大气进行垂向和水平划分。现象，据此可以对大气进行垂向和水平划分。对对流流层层是是大大气气圈圈的的最最下下一一层层，平平均均厚厚度度为为10km10km左左右右，厚厚度度不不到到大大气气圈圈的的1 1，但但集集中中了了大大气气质质量量的的3 34 4，大大气气水水汽汽的的9090。主主要要天天气气现现象象如如云云、雾雾、雨雨、雪雪、雹雹都都形形成成在在此此层内。风的地质作用也因此而起。层内。风的地质作用也因此而起。2.大气的运动大气的运动 大大气气的的运运动动既既有有垂垂直直方方向向，也也有有水水平平方方向向的的。前前者者可形成大气环流，后者那么形成气旋和风。可形成大气环流，后者那么形成气旋和风。大气的运动是在气压梯度的驱动下发生和维持的。大气的运动是在气压梯度的驱动下发生和维持的。大大气气每每时时每每刻刻都都在在不不停停地地运运动动着着，其其运运行行是是极极其其复复杂杂和和多多变变的的。大大气气环环流流就就是是大大气气运运动动的的根根本本形形式式之之一一，可可以以按按运运动动方方向向分分为为水水平平环环流流和和垂垂向向环环流流，按按地地理理方方向向分分为经圈环流和纬圈环流。为经圈环流和纬圈环流。平均经圈环平均经圈环流流平均纬圈环流平均纬圈环流 太太阳阳辐辐射射造造成成上上下下纬纬之之间间的的温温度度差差异异，形形成成低低纬纬低低压压和和高高纬纬高高压压的的局局面面，进进而而产产生生了了上上下下纬纬之之间间的的气气压压梯梯度度。在在气气压压梯梯度度的的控控制制下下，赤赤道道附附近近空空气气受受热热膨膨胀胀上上升升，高高空空空空气气流流向向两两极极；在在极极地地空空气气冷冷却却下下沉沉，向向低低纬纬地地区区流动，于是形成南北方向上下纬之间的大气环流圈。流动，于是形成南北方向上下纬之间的大气环流圈。赤赤道道极轴极轴南南北北方方向向的的经经圈圈环环流流随随季季节节移移动动，北北半半球球冬冬季季南南移，夏季北移。南半球反之。移，夏季北移。南半球反之。东东西西方方向向的的水水平平环环流流随随冬冬夏夏太太阳阳位位置置的的南南北北移移动动，规规模模和和位位置置也也南南北北移移动动。且且中中、高高纬纬地地区区风风力力冬冬强强夏夏弱弱；在在0 03030的低纬地区那么夏强冬弱。的低纬地区那么夏强冬弱。加加上上地地形形的的影影响响，大大气气环环流流的的规规模模和和形形态态变变得得更更为复杂。为复杂。00S300S600N300N600吹吹蚀蚀作作用用：风风将将地地表表松松散散物物质质吹吹离离原原地地的的过过程程。对象主要为粘土对象主要为粘土 粉沙级的松散物质。粉沙级的松散物质。磨磨蚀蚀作作用用：风风携携带带的的沙沙粒粒对对地地表表岩岩石石的的冲冲击击、磨磨擦擦使使其其破坏的作用。破坏的作用。风风的的含含沙沙量量具具明明显显的的垂垂直直分分带带性性，绝绝大大局局部部沙沙粒粒集集中中在在距距地地面面30 30 cm cm 范范围围内内，尤尤其其是是10cm10cm以以下下，故故风风的磨蚀作用主要发生在的磨蚀作用主要发生在30 cm30 cm的高度内的高度内2 风的侵蚀作用风的侵蚀作用风蚀作用的产物包括风蚀的岩石和风蚀地形两种风蚀作用的产物包括风蚀的岩石和风蚀地形两种风蚀作用改造的岩石有：风蚀作用改造的岩石有：风棱石；蜂窝石；蘑菇石等风棱石；蜂窝石；蘑菇石等风蚀作用形成的地形有：风蚀作用形成的地形有：风蚀洼地；风蚀谷；风蚀残丘等风蚀洼地；风蚀谷；风蚀残丘等风蚀作用的产物风蚀作用的产物风蚀作用的产物风蚀作用的产物蘑菇石蘑菇石风蚀作用产物示意图风蚀作用产物示意图风蚀作用的产物风蚀作用的产物“骆驼石骆驼石风蚀作用的产物风蚀作用的产物风棱石风棱石风棱石风棱石风蚀地貌风蚀地貌新月形沙丘新月形沙丘风蚀地貌风蚀地貌新月形沙丘新月形沙丘月牙湖月牙湖风蚀地貌风蚀地貌风城风城定定义义：风风将将碎碎屑屑物物携携带带至至它它处处的的过过程程。由由于于风风是是气气体体，密度小，其搬运力通常不大，但有其独特的特征：密度小，其搬运力通常不大，但有其独特的特征：1.1.风风主主要要搬搬运运沙沙级级以以下下的的物物质质粒粒径径2mm2mm。但但风风暴暴的的搬搬运运量量和和搬搬运运距距离离可可很很大大几几百百万万吨吨、上上万万公公里里。细小的悬浮物可环球旅行细小的悬浮物可环球旅行.3 风的搬运作用风的搬运作用2.2.在在风风的的搬搬运运过过程程中中，特特别别在在定定向向风风的的作作用用下下，搬搬运运物物的的分分选选性性非非常常明明显显。通通常常，推推移移滚滚动动粒粒径径 2 2 mmmm、跃跃移移物物粒粒径径20.2mm20.2mm距距地地面面30cm30cm、悬悬移移物物 粒粒径径0.2 mm0.2 mm。3.3.因风是气体，风运物更容易碰因风是气体，风运物更容易碰 撞、磨圆磨细。撞、磨圆磨细。风的搬运方式风的搬运方式风风的的沉沉积积作作用用：当当风风速速的的降降低低，紊紊流流的的上上举举速速度度低低于于沙沙粒粒的的沉沉降降速速度度时时，沙沙粒粒和和尘尘土土便便堆堆积积下下来来形形成成的风积物的过程的风积物的过程从从风风源源区区顺顺着着风风的的前前进进方方向向，沉沉积积物物由由砾砾逐逐渐渐成成为为粉粉尘尘，并并具具明明显显分分带带性性，同同一一带带中中的的沉沉积积物物粒粒度度相相等，等，分选性分选性很好很好4 风的沉积作用风的沉积作用风积物主要分为两类：风积物主要分为两类：一类为沙级一类为沙级2-0.05mm2-0.05mm称风成沙；称风成沙；一类为粉沙和粘土粒度一类为粉沙和粘土粒度0.050.05毫米称风成黄土。毫米称风成黄土。风风成成沙沙和和风风成成黄黄土土在在空空间间分分布布上上有有严严格格的的规规律性，其生成条件也不同。律性，其生成条件也不同。风积物风积物分选性极好，大多数颗粒直径为分选性极好，大多数颗粒直径为0.1-1mm;0.1-1mm;磨圆度好磨圆度好,颗粒根本上无棱角颗粒根本上无棱角,石英颗粒外表常呈毛玻璃状石英颗粒外表常呈毛玻璃状;成分稳定成分稳定,多以石英为主多以石英为主,云母等片状矿物少见云母等片状矿物少见;常具板状斜层理和风成交错层理常具板状斜层理和风成交错层理;较较粗粗的的沙沙外外表表上上常常有有氧氧化化锰锰和和氧氧化化铁铁薄薄膜膜,俗俗称称“沙沙漠漠漆漆;一般不含生物遗体和遗迹。一般不含生物遗体和遗迹。风成沙特点：风成沙特点：灰灰黄黄、棕棕黄黄色色,疏疏松松多多孔孔,孔孔隙隙度度高高达达44-55,44-55,垂直裂隙发育垂直裂隙发育;分选性良好分选性良好,大局部颗粒直径为大局部颗粒直径为0.5-0.05mm;0.5-0.05mm;磨圆度差磨圆度差,一般呈次棱角状一般呈次棱角状-棱角状棱角状;矿物成分以石英和长石为主矿物成分以石英和长石为主;无层理。无层理。风成黄土特点：风成黄土特点：黄土地貌黄土地貌塬、梁、峁塬、梁、峁塬塬是是黄黄土土覆覆盖盖的的范范围围较较广广的的平平坦坦高高地地，是是黄黄土土覆覆盖盖在在大大片片平平整整古古地形上形成的。地形上形成的。梁梁是是长长条条形形的的黄黄土土丘丘陵陵。我我国国黄黄土土地地区区当当地地所所指指的的梁梁，梁梁顶顶较较狭狭窄，呈明显的穹形。也可有平顶梁。梁的形成多与条状古地形有关。窄，呈明显的穹形。也可有平顶梁。梁的形成多与条状古地形有关。峁峁是是穹穹状状的的黄黄土土丘丘陵陵。峁峁顶顶面面积积不不大大，呈呈明明显显的的穹穹起起，整整个个外外形形象象馒馒头头。另另一一种种是是连连续续的的黄黄土土平平顶顶峁峁，峁峁顶顶之之间间有有一一个个分分水水鞍鞍地地。峁的形成也与古地形有关。峁的形成也与古地形有关。黄黄土土剖剖面面黄黄土土研研究究是是我我国国特特有有的的地地质质学学优优势势领领域域之之一一，蕴蕴涵涵着着地地质质晚晚近近时时期期的的气气候候乃乃至至全全球球变变化化的的丰丰富富信信息息，与与中中国国人人种种的的生生息息繁衍紧密相关。繁衍紧密相关。Class OverClass OverClass OverClass Over