5.2 化学风化

化学风化作用是指氧、水溶液对矿物、岩石的破坏作用，它不仅使矿物、岩石破碎、分解，还使矿物、岩石的化学成分发生了改变。

整个岩石的风化过程始终伴随着或强或弱的化学风化作用，甚至在某些时候起到关键的作用，反映了风化作用过程中不同作用因素相互间的密切关系。物理风化作用使岩石破碎的同时增大了岩石受风化的面积，化学风化改变了岩石的化学成分，形成了适合新的物理-化学条件下的平衡，加速了物理风化的进行。

化学风化的主要方式

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。如黄铁矿到褐铁矿的风化过程：

氧化作用发生的第一阶段形成硫酸亚铁和硫酸。硫酸的存在又大大加速了风化的进程，促使矿物进一步分解。第二阶段从硫酸亚铁变成硫酸铁。由于硫酸铁是不稳定的，在氧和水的作用下进一步转变成铁的含水化合物褐铁矿。

溶解作用 是化学风化过程的另一种常见的形式。任何矿物都能溶解于水，只是溶解度不同而已。含有CO2或者其他酸性气体的水，可以使矿物、岩石更易发生溶解。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。各类矿物、岩石的溶解度不同，决定了它们被溶解的速度。自然界中的氯化物最容易被溶解，所以岩盐最容易被溶解，其次是硫酸盐，随后是碳酸盐岩。纯水对于碳酸盐岩几乎不起作用，但一旦加入二氧化碳，难溶的碳酸盐岩立即变成了易溶岩石，其反应如下：

水溶液的溶解能力除了与所含酸性物质的成分有关外，还和温度、压力等外界条件有关。温度升高通常会使溶解能力增强，压力降低会使水溶液中的酸性气体逸出，降低了溶解能力。溶解作用的结果是使易溶物质流失，难溶物质残留原地，使岩石的孔隙加大、硬度减少，加速了其他风化形式的破坏。

水化作用 是指矿物与水发生化学反应，吸收一定的水到矿物的晶体结构中，形成新的含水矿物的过程，如无水石膏与石膏之间在一定条件下是可逆的，其反应式如下：

水化作用形成新的含水矿物改变了矿物原来的结构，也改变了含有该矿物岩石的结构，其结果往往使矿物、岩石的抗风化能力减弱，加速了风化的进程。

水解作用 由于水的电离作用，矿物在水溶液中会发生水解作用，形成带有OH-的新矿物。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，如地壳表层普遍存在的长石通过中间形式形成高岭石的过程就是水解作用的典型代表：

中间过程中会有氢氧化钾和二氧化硅随水溶液流失，只有高岭石保留在原地，形成高岭石矿床。

影响化学风化作用的因素

影响化学风化作用的主要因素来自三个方面：矿物、岩石的地球化学特征；有机界的作用；环境与气候因素。

矿物、岩石的地球化学特征是影响化学风化作用的主要因素。不同的岩石由于化学成分的不同，其化学活动性也明显不同（主要表现在化合价、离子半径、离子亲和力、化合能力和极化能力等方面），容易被氧化、溶解的岩石出露区，总是化学风化作用较为强烈的地段。同一岩石中由于不同矿物成分的差异，也会造成风化作用的差异（图5-6）。

有机界的作用是化学风化过程中另一个重要的因素。在坚硬的岩石表面出现生物（微生物、苔藓等）起，化学风化的作用就开始了。由于生物吸收的成分与岩石的成分有较大的差异，造成了岩石的风化。同时，生物的新陈代谢过程所产生的氧气、有机酸等物质，加速了化学风化的进程。

对植物灰分的分析表明，生长在岩石表面或裂缝中的植物，其灰分的化学成分与岩石的成分有很大的差异，灰分中P、S的含量比岩石高出数十倍，K、Na、Mg的含量也高出几倍。同时，灰分中含有Si、Al等物质表明，植物从岩石中获取主要的养分，但又破坏了岩石中硅酸盐的晶格结构。

气候与环境同样是影响化学风化过程的重要因素。干燥炎热的气候使得氧化作用容易进行，潮湿的气候则使得溶解作用、水解作用易于发生。地形会影响气候条件，山地的垂直分带现象会影响温度风化作用和生物风化作用的进行。山的阴坡和阳坡因为日照的条件不一样，在阳坡一面通常温度风化作用较为强烈。地下水的性质特征、地球化学场、构造活动性等环境因素也都影响化学风化作用的进程。