外动力地质作用.ppt

外动力地质作用,黄定华 中国地质大学（武汉） 地球生物学系,外动力地质作用的主要任务就是削高补低，重塑地表形态并产生相应的地质产物沉积物,学习要点,何谓外动力地质作用？,外动力作用指以太阳能为主、重力参与所驱动的地球过程。在形式上分别表现为风的作用、海洋与湖泊作用、河流与地下水作用、冰川与重力作用；在过程上则依次表现为风化作用，剥蚀作用，搬运作用和沉积作用。,外动力地质作用类型,按地质营力分： 地面流水地质作用、海洋地质作用、地下水地质作用、风的地质作用、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： 风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用。 成岩作用是介于内、外作用之间的一个特殊阶段,风 化 作 用,风化作用是指在地表条件下，由于太阳，大气，水，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达到新的平衡状态。 风化作用是所有外动力地质作用得以发生的序幕。 风的地质作用风化作用,§1 风化作用类型,物理风化作用 化学风化作用 生物风化作用,§1 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 化学风化（化学反应）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,1. 物理风化作用,定义：岩石和矿物主要受温度变化等因素影响，在原地发生机械破碎而无明显化学改变的过程。,物理风化的主要方式,1. 温差风化：岩石表层温度的周期性变化使岩石崩解，多在温差大的干旱和半干旱地区发生。 2. 冰劈作用：岩石裂隙中的水结冰后体积膨胀,溶化后体积变小，再加入水，然后再次膨胀,长期反复作用引起岩石破裂。主要发生有高纬度及高山区。 3. 盐类的结晶与潮解作用：与冰劈类似。盐类结晶使体积增大，多发生在干旱及半干旱地区。,物理风化作用的产物,定义：地表附近岩石和矿物因化学反应，而使其成分和结构发生改变的过程。,2. 化学风化作用,化学风化的主要方式:,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： 4FeS2(黄铁矿) +19O2 + mH2O2Fe2O3 .nH2O+8H2SO4,溶解作用: 卤化物、硫酸盐、碳酸盐等矿物易溶于水的作用。最常见是碳酸盐矿物溶于含CO2的水溶液中， 如： CaCO3(方解石) +H2O +CO2Ca(HCO3)2,水解作用:水中H和OH离子置换矿物在水中离解出的离子的作用。如 4KAlSi3O8(钾长石)+6H2O Al4Si4O10(OH)8 (高岭石) +8SiO2(蛋白石胶体)+4K(OH)(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 Fe2O3(赤铁矿）+nH2O Fe2O3 nH2O（褐铁矿）,化学风化的主要方式:,定义：生物在生命活动中引起岩石的分解和破坏作用。,3. 生物风化作用,生物机械风化作用: 根劈作用；人类活动。 2. 生物化学风化作用: 生物的分泌物和死亡后遗体腐烂分解产物对岩石和矿物的破坏作用。,化学风化的主要方式,1）岩石成分对风化作用的影响： 元素的迁移能力：某些元素易于从矿物中析出。如K、Ca、Na、Mg等，有些不易析出，如Al、Fe、Ti及SiO2等。 矿物的抗风化能力：浅色或无色矿物抗风化能力大于深色矿物；表层形成的矿物比地下深处高温高压环境中形成的矿物耐风化；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, 矿物抗风化序列： 自然元素氧化物、氢氧化物硅酸 盐、硫化物硫酸盐、卤化物 造岩矿物抗风化序列： 石英白云母正长石黑云母（酸性斜长石）角闪石（中性斜长石） 辉石（基性斜长石）橄榄石,花岗闪长岩中闪长岩包体差异风化现象,差异风化现象：在相同风化条件下由于岩性的不同导致风化速度不同，使岩石表面出现凸凹不平的现象,2）岩石结构、裂隙度的影响： 岩石中矿物颗粒大小、孔隙度、裂隙度等均会对岩石的风化产生影响。通常颗粒大者易风化，裂隙发育者易风化。 球形风化现象：岩石中因发育多组裂隙，在风化作用下趋于球形化的现象。常见于较细、均质岩石中，如粉砂岩、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,3）气候的影响： 炎热潮湿区化学生物风化作用十分强烈，干旱、半干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,4）地形条件： 地形高低造成气候垂直分带；阳坡比阴坡风化作用强,风化壳：由残积物和土壤在陆地上构成的，厚薄不均的不连续薄壳。 古风化壳：地质时期形成、已经成岩但仍保留相应特征的风化壳 风化壳的垂直分带结构：土壤层、残积层、半风化层,§5 风化壳的组成与结构,风化壳的垂向结构,土壤层：经过生物风化作用的改造而富含腐殖质的残积物。 残积层：经长期物理和化学风化作用后残留在原地的风化产物。 半风化层：遭受初步风化作用影响、岩石的结构、构造和成分尚未发生彻底变化的岩石部分,腐殖质是一种复杂化合物的混合物，通常呈黑色或棕色，性质为胶体状。它具有比土壤无机组成中粘粒更强的吸持水分和养分离子的能力，因此，少量的腐殖质就能显著提高土壤的肥力。,风 化 作用的元素序列与发展阶段,昆仑山顶风化壳,古风化壳,现代风化壳,风 化 壳 与 土 壤,腐殖质层（O）,淋 溶 层 （A）,淀积层 （B）,半风化层（C）,O、A、B层合称为土体，是成土作用最为活跃的层次和真正意义上的土壤层。,风的地质作用,风是空气的水平运动。它起源于太阳对大气的幅射，形成于不同的纬度分带和地理分区。 风是导致沙漠化，风成黄土与风灾的直接原因之一。 大气系统是一个受到多种不确定因素影响的复杂系统；因此气候变化的长期行为是不可预测的。,多发生于植被稀少、地表物质疏松、蒸发量远大于降雨量的干旱地区。 是一种纯机械性作用，即风的侵蚀、搬运、沉积均以机械方式进行。 风是气体介质，多无固定的流动路线；风速和风向变化大。,§1 风的地质作用特点,在海洋与陆地交界的部位，会产生一种特殊的“海陆风”。主要成因是源于海洋与陆地的热容不同，导致了相互间温度的不同步变化，从而产生了昼夜风向不同的海陆风。,海陆风的形成与运动,1.大气的结构,大气圈在垂直和水平两个方向上分别存在着非均一现象，据此可以对大气进行垂向和水平划分。,对流层是大气圈的最下一层，平均厚度为10km左右，厚度不到大气圈的1，但集中了大气质量的34，大气水汽的90。主要天气现象如云、雾、雨、雪、雹都形成在此层内。风的地质作用也因此而起。,2.大气的运动,大气的运动既有垂直方向，也有水平方向的。前者可形成大气环流，后者则形成气旋和风。 大气的运动是在气压梯度的驱动下发生和维持的。,大气每时每刻都在不停地运动着，其运行是极其复杂和多变的。大气环流就是大气运动的基本形式之一，可以按运动方向分为水平环流和垂向环流，按地理方向分为经圈环流和纬圈环流。,大气环流,平均经圈环流,平均纬圈环流,太阳辐射造成高低纬之间的温度差异，形成低纬低压和高纬高压的局面，进而产生了高低纬之间的气压梯度。在气压梯度的控制下，赤道附近空气受热膨胀上升，高空空气流向两极；在极地空气冷却下沉，向低纬地区流动，于是形成南北方向高低纬之间的大气环流圈。,大气环流的实质热对流,赤道,极轴,南北方向的经圈环流随季节移动，北半球冬季南移，夏季北移。南半球反之。,东西方向的水平环流随冬夏太阳位置的南北移动，规模和位置也南北移动。且中、高纬地区风力冬强夏弱；在0º30º的低纬地区则夏强冬弱。,加上地形的影响，大气环流的规模和形态变得更为复杂。,厄尔尼诺与拉尼娜,厄尔尼诺(El Nino)是一种异常性灾害天气现象。泛指某些年份圣诞节前后，南美秘鲁和厄瓜多尔附近出现的尺度为几千km的赤道东太平洋上海面温度的异常增温现象。厄尔尼诺现象之后往往出现赤道东太平洋上温度异常变冷现象，称为拉尼娜（La Nina ）现象。,厄尔尼诺-拉尼娜与东南信风的关系,赤道洋面正常高程,太平洋东海岸,太平洋西海岸,东南信风,强东南信风：赤道东太平洋上洋面低温洋流向西移动，太平洋西海岸出现高出平均海平面的冷水涌流现象； 弱东南信风：赤道东太平洋上逆流增强，西太平洋深层暖水洋流向东移动。,东南信风减弱并转变为西风赤道太平洋东岸的冷海水上翻现象消失，赤道逆流（自西向东水流）增强更多的暖海水输送到东太平洋，海水温度高于多年平均值厄尔尼诺出现。 东太平洋洋面温度升高，暖洋流代替冷洋流，则气层由原来稳定变为不稳定，原来的沃克环流中的下沉气流消弱或消失，从而出现对流天气，气候由原来干燥少雨变为多雨，并且出现洪涝灾害,就是拉尼娜现象。,厄尔尼诺-拉尼娜的形成过程,吹蚀作用：风将地表松散物质吹离原地的过程。 对象主要为粘土 粉沙级的松散物质。 磨蚀作用：风携带的沙粒对地表岩石的冲击、磨擦使其破坏的作用。 风的含沙量具明显的垂直分带性，绝大部分沙粒集中在距地面30 cm 范围内，尤其是10cm以下，故风的磨蚀作用主要发生在30 cm的高度内,§2 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 风蚀作用改造的岩石有： 风棱石；蜂窝石；蘑菇石等 风蚀作用形成的地形有： 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,蘑菇石,风蚀作用产物示意图,风蚀作用的产物,“骆驼”石,风蚀作用的产物,风棱石,风棱石,风蚀地貌,新月形沙丘,风蚀地貌,新月形沙丘,月牙湖,风蚀地貌,风城,定义：风将碎屑物携带至它处的过程。由于风是气体，密度小，其搬运力通常不大，但有其独特的特征： 1. 风主要搬运沙级以下的物质（粒径2mm）。但风暴的搬运量和搬运距离可很大（几百万吨、上万公里）。细小的悬浮物可环球旅行.,§3 风的搬运作用,2. 在风的搬运过程中，特别在定向风的作用下，搬运物的分选性非常明显。 通常，推移（滚动）粒径 2 mm、跃移物粒径20.2mm（距地面30cm）、悬移物 粒径0.2 mm。 3. 因风是气体，风运物更容易碰 撞、磨圆磨细。,风的搬运方式,风的沉积作用：当风速的降低，紊流的上举速度低于沙粒的沉降速度时，沙粒和尘土便堆积下来形成的风积物的过程 从风源区顺着风的前进方向，沉积物由砾逐渐成为粉尘，并具明显分带性，同一带中的沉积物粒度相等，分选性很好,§4 风的沉积作用,风积物主要分为两类： 一类为沙级（2-0.05mm）称风成沙； 一类为粉沙和粘土（粒度0.05毫米）称风成黄土。 风成沙和风成黄土在空间分布上有严格的规律性，其生成条件也不同。,风积物,分选性极好，大多数颗粒直径为0.1-1mm; 磨圆度好,颗粒基本上无棱角,石英颗粒表面常呈毛玻璃状; 成分稳定,多以石英为主,云母等片状矿物少见; 常具板状斜层理和风成交错层理; 较粗的沙表面上常有氧化锰和氧化铁薄膜,俗称“沙漠漆”; 一般不含生物遗体和遗迹。,风成沙特点：,灰黄、棕黄色,疏松多孔,孔隙度高达44-55,垂直裂隙发育; 分选性良好,大部分颗粒直径为0.5-0.05mm; 磨圆度差,一般呈次棱角状-棱角状; 矿物成分以石英和长石为主; 无层理。,风成黄土特点：,黄土地貌塬、梁、峁,塬是黄土覆盖的范围较广的平坦高地，是黄土覆盖在大片平整古地形上形成的。 梁是长条形的黄土丘陵。我国黄土地区当地所指的梁，梁顶较狭窄，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。 峁是穹状的黄土丘陵。峁顶面积不大，呈明显的穹起，整个外形象馒头。另一种是连续的黄土平顶峁，峁顶之间有一个分水鞍地。峁的形成也与古地形有关。,黄土剖面,黄土研究是我国特有的地质学优势领域之一，蕴涵着地质晚近时期的气候乃至全球变化的丰富信息，与中国人种的生息繁衍紧密相关。,Class Over,