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1、第八章 风化作用地球化学,风化作用地球化学,一、风化作用条件的特点和研究意义 （一）特点 低而速变的温度（-75 - +85oC） 低压（常压） 处于大气圈游离氧和二氧化碳作用下 水的作用 生物和有机质的参与 营力：太阳能为主,风化作用地球化学,（二）研究意义 1.风化壳型矿床的形成 Fe Al Mn TR, Nb, Ta, U,风化作用地球化学,2.寻找盲矿的标志 风化作用产物掩盖了矿床，但同时在矿床的土壤及其盖层存在着次生地球化学异常。,风化作用地球化学,3.土壤成分与农业的关系 烟台的苹果 黑云片麻岩优于碳酸岩类岩石形成的土壤 温州蜜桔 长石砂岩和花岗岩优于页岩和砂页岩形成的土壤 贵州茶
2、叶 砂岩分布区优于碳酸岩区,风化作用地球化学,二、风化过程中元素迁移的一般规律 （一）影响风化作用的因素 物理风化 化学风化 生物风化 决定于气候环境(温度和水量),风化作用地球化学,1.水、氧及CO2 (1) 水的作用 溶剂 参与对岩石的破坏作用（水合和水解） Fe2O3 + nH2O = Fe2O3nH2O(水赤铁矿) 2KAlSi3O8 + 2H2O + CO2 = H2Al2Si2O8 H2O(高岭石) + K2CO3 + 4SiO2,风化作用地球化学,2KAlSi3O8 + 3H2O = 2KOH + H2Al2Si2O8 H2O(高岭石) + 4SiO2,风化作用地球化学,调节环境
3、的pH和Eh 通过与水的反应调节pH 2KAlSi3O8+11H2OAl2Si2O5(OH) 4 +2K+ 2OH- + 4H4SiO4 CO2 + H2O 2H + + CO3-,风化作用地球化学,通过水的氧化还原限制Eh： 2H+ +2e = H2(水中H+ 被还原） 2H2O =O2 + 4H+ +4e（水中氧被氧化）,风化作用地球化学,（2）氧的作用 大气中的游离氧 21%（体积） PO2 = 0.21大气压 溶解于水中的氧，随温度降低含量增加 作用：低价离子=高价离子,风化作用地球化学,风化作用地球化学,（3）CO2的作用 大气中CO2：0.03%（体积） 雨水中CO2：2.14%
4、（体积）,作用： 控制pH值 3CO2 +3H2O = H2CO3 + 3H+ + CO32- + HCO3- 使碳酸岩溶解 CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2,风化作用地球化学,2.pH值 表生带天然溶液的pH值为：4-9 硫化物矿床氧化带：2-3 火山地区强酸性水：1-2 沙漠和碱性湖水：10-12 河水： 7 雨水： 6 海水： 8.5,风化作用地球化学,pH值对元素迁移的控制 一般规律： 低场强元素在pH降低时，溶解度增大（酸性条件下易迁移）。 高场强元素在pH增高时，溶解度增大（碱性条件下易迁移）。,风化作用地球化学,3.Eh值 改变元素的迁移性质，如Fe2+, Fe
5、3+,风化作用地球化学,4.矿物和岩石的耐风化能力 氧化物（锆石，金红石，刚玉，尖晶石，锡石，钛铁矿，磁铁矿等） 硅酸盐（橄榄石，辉石，长石，云母） 碳酸岩（石灰岩等） 硫化物（黄铁矿等） 一般规律：形成条件与表生条件差别大者易风化。,风化作用地球化学,5.气候条件 雨量：决定水与矿物和岩石的接触 温度：控制反应速率,风化作用地球化学,风化作用地球化学,6.地形和排水条件 山区： 平原：流水缓慢，存在水的永久饱和带,风化作用地球化学,（二）风化过程的化学反应类型 1.水解 2KAlSi3O8 + 3H2O = 2KOH + H2Al2Si2O8 H2O(高岭石) + 4SiO2,风化作用地球化
6、学,2.氧化反应(放热反应) 4FeSiO3 + O2 = 2Fe2O3 +4SiO2 +2144kJ PbS + 2O2 = PbSO4(铅矾) ZnS + 2O2 +7H2O = PbSO4 7H2O(皓矾),风化作用地球化学,3.水合反应 Fe2O3 + nH2O = Fe2O3 nH2O 赤铁矿 水赤铁矿 Mn2O3 + H2O = Mn2O3 H2O 褐锰矿 水锰矿 CaSO4 + 2H2O = CaSO42H2O 硬石膏 石膏,风化作用地球化学,4.碳酸盐化 CO32-和HCO3- 2CaAl2Si2O8 + 4H2O + 2CO2 = Al4Si4O10(OH)8 + 2CaCO
7、3,风化作用地球化学,5.阳离子交换反应 粘土-2Na+ + CaSO4 Na2SO4 +粘土-Ca2+,风化作用地球化学,风化作用地球化学,（三）元素的生物地球化学迁移 1.对大气中O2和CO2的控制 2.有机酸对矿物和岩石的风化影响 3.植物对元素的选择性摄取,风化作用地球化学,（四）风化过程中元素迁移的一般规律 水迁移系数： Kx = mx 100/(a nx) 式中mx ：河水中元素x的含量（毫克/升） nx ：元素X在汇水区岩石中的平均含量（%） a含于水中的矿物质残渣总量（毫克/升）,风化作用地球化学,风化作用地球化学,风化作用地球化学,风化作用地球化学,思考题： 水迁移系数的概念 风化作用的地球化学意义及其元素活动的控制因素,