风化
风化是指岩石矿物及岩体暴露在大气圈下的蚀变及分解作用。风化作用发生于原地,意即同一地点,并没有涉及主要的岩石物质迁移。
风化是一项全球性的基本作用。风化作用将岩石从坚硬的状态变为较软及较脆弱,令它们更容易受到侵蚀。
风化作用
风化作用主要有两大类别,而第三类别则为次要:
物理风化:指岩石经过机械性干扰﹝例如粒状崩解、鳞剥作用、节理岩块拆解,或因温度及压力改变而成的碎裂﹞而产生的风化作用,例子有冰楔及矿物体积的改变。
化学风化:指岩石中的矿物受水、气温、氧气、氢气及弱酸的作用 ﹝例如溶解、水合、氧化及碳酸化﹞,而导致的分解。
生物风化:指由于植物的出现,或较小程度上动物的介入,而造成或协助的风化作用,当中包括树根造成的楔劈及动植物产生的有机酸。
在任何特定地点发生的风化作用,其类别主要取决于气候:
物理风化:机械性作用,多出现于较寒冷及干燥的气候。
化学风化:矿物分解作用,多出现于较温暖及潮湿的气候。
生物风化:植物及动物普遍倾向出现于温暖及潮湿的气候。
控制风化的因素
风化的类别、速度与牵涉程度受多个控制因素影响:
气候主导风化作用的类别,大都根据风化作用时所存在的水量及气温来决定。化学反应在温度较高的环境,有较快的反应,冰楔作用则发生于较寒冷的气候。
岩石种类决定岩石在特定环境中对抗风化的能力。每类岩石各自由一套独特的矿物组成,矿物透过结晶,化学结合及胶结物连结起来。当地壳板块营力将这些岩石移离其形成的环境,并暴露于太阳及雨水中,风化作用便于此时开始
岩石构造:有强烈节理或断裂的岩石呈现多个软弱面,容许风化媒介﹝例如水﹞渗入岩体内﹝图1及2﹞。
地形:斜坡的倾斜角度控制水流途经岩体的速度,决定风化作用的力量。一般来说,位于较高或构造运动活跃地区的陡峭斜坡,风化作用较为活跃,而平原的风化作用则较缓慢。
侵蚀:侵蚀作用的动力及效率控制风化物质被移离的速度、未风化岩石露出受风化的频度、以及风化层能否得以保存。
时间:同类型的风化作用维持的时段,期间风化作用未被气候转变、地质运动及其他因素干扰,决定岩石受风化影响的程度及深度。
图1:花岗岩中的垂直节理受风化而变宽。
图2:风化作用使凝灰岩的节理更为明显。
风化的产物
风化作用逐渐使岩石变弱,最终形成于新环境更稳定的地质物质﹝岩石碎块、沙粒、粉砂及黏土﹞。一般来说,风化作用产生较幼细及疏松的岩石物质,以及较弱和多孔渗水的岩体。
在热带及亚热带地区,由于受炎热及潮湿气候影响,剧烈的风化作用形成厚厚的风化层,其厚度可达100米或以上。
风化作用渗透至岩体的不连续面﹝软弱面﹞,例如岩石的断层及节理,并攻击岩石面,渗入岩体﹝图3﹞。
风化作用倾向侵袭岩石节理的角位及边缘,使岩石变得浑圆。压力释放有利于风化作用,因为岩石减压形成弯曲的片状碎块并且剥落,称为鳞剥作用﹝图4﹞。
图3:火山岩受到不均匀的风化,突显其节理及成份。
图4:风化石英二长岩中,浑圆的岩石核有弯曲的鳞剥外壳。
某些岩石﹝例如花岗岩及粗粒凝灰岩﹞经过风化后,会形成厚厚的风化层,其特色是在含有粉砂、黏土及沙粒物质结集成的弱风化土中,出现圆形的巨砾﹝岩石核﹞。这含有岩石核的风化层是香港岛及九龙市区多个削坡的显著特征﹝图5﹞。
风化的下限界线可能呈不规则及分散,但在多个个案中,风化的下限均终止于一个鲜明的水平界线上﹝图6﹞。地形学家称这界线为风化基面,而工程师则称之为基岩﹝图7﹞。
图5:中粒花岗岩的风化层中,板长状的岩石核。
图6:火山岩中截然而呈平面的风化基面。
图7:典型具有岩石核的花岗岩类的风化层。