风化作用

物理风化作用（又称机械风化）是指使岩石发生机械破碎、而不显著改变其化学成分、也不形成新矿物的风化作用；其产物主要是岩石碎屑和矿物碎屑，岩石由大块变为小块、再变为砂和细粉，最终成为岩土。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|22地质馆_中国科普博览kepu.net.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

温度变化是物理风化作用的主要影响因素：在冬夏或昼夜气温变化时，组成岩石的各种矿物颗粒因膨胀率不同而发生不均匀的膨胀与收缩，久而久之使岩石发生破碎。^{22地质馆_中国科普博览kepu.net.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

温差风化的机制之一是岩石为热的不良导体：白天岩石表层升温快、内部升温慢，夜晚表层降温快、内部降温慢，内外层不能同步膨胀与收缩，在内外层之间产生垂直于表面的拉张力；这种拉张力反复作用，便产生与岩体表面平行及垂直的裂缝，导致岩体碎裂。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

温差风化的另一机制是岩石为不同矿物的集合体，各矿物的热膨胀系数不同，升温时产生不均匀膨胀而使岩石产生裂缝；即使同种矿物，由于矿物排列方向不同，也会产生差异膨胀，从而导致岩石开裂，结果使岩石层层剥落。^{22地质馆_中国科普博览kepu.net.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

岩石反复增温还会增强岩石质点的热运动、削弱质点间的联系能力，从而加速岩体的碎裂。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

以龙门石窟为例，其岩石破坏主要归因于物理风化和生物风化作用，化学风化作用的影响相对较小；石窟所在岩体因日光照射或气温升降而反复热胀冷缩，是导致岩体碎裂的重要物理风化方式。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

温差风化的效果与岩石的导热性、矿物组成及颗粒排列方向密切相关，因此不同岩性对温度变化的响应存在差异，这也是同一地区不同岩石风化程度不同的原因之一。^{22地质馆_中国科普博览kepu.net.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

冻融作用是指岩石孔隙或裂隙中的水在温度降至冰点以下时结冰、体积膨胀，对孔壁产生压力，冰体融化后压力释放，如此反复循环，使岩石逐渐疲劳破裂的物理风化过程。它是中高纬度与高海拔地区最重要的物理风化营力之一。^{77Physical Geology (2nd edition), Chapter 5: Weathering and Soilopentextbc.ca前往参考资料 ↓在新标签页中打开|88Frost weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

水由液态变为固态时体积约增大 9%，这是冻融作用能够对岩石产生显著机械破坏的根本原因。在封闭孔隙中，结冰膨胀受到约束，可产生数十兆帕量级的冰胀压力，远超多数岩石的抗拉强度。^{77Physical Geology (2nd edition), Chapter 5: Weathering and Soilopentextbc.ca前往参考资料 ↓在新标签页中打开|99Frost weathering: Recent advances and future directionsonlinelibrary.wiley.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

冻融作用的强度取决于温度在冰点上下波动的幅度与频率、岩石的孔隙率与渗透性、孔隙水的供给条件以及岩石的力学性质。孔隙率高、吸水率大、抗拉强度低的岩石对冻融循环更为敏感。^{88Frost weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

冻融循环的频率是控制冻融风化速率的关键变量之一。日温差大、昼夜在冰点上下反复波动的地区，冻融循环次数多，风化速率相应较高；而年均温长期低于冰点、水长期以固态存在的地区，冻融循环反而较少。^{88Frost weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

冻融作用在岩石中造成的破坏主要表现为颗粒间的胶结被破坏、岩石沿裂隙崩解成棱角状碎块，以及微裂隙的扩展与贯通。这些碎块常堆积在陡坡坡脚，形成倒石锥等堆积地貌。^{77Physical Geology (2nd edition), Chapter 5: Weathering and Soilopentextbc.ca前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

除冰胀压力外，孔隙水在结冰过程中向冻结锋面迁移并析出冰透镜体，也会对岩石产生附加的冻胀压力，这一机制在细粒多孔岩石中尤为明显。^{99Frost weathering: Recent advances and future directionsonlinelibrary.wiley.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

冻融作用与盐风化常协同发生：盐分结晶产生的压力可预先扩展岩石孔隙，使岩石更易受冻融破坏；反之冻融造成的裂隙也为盐溶液进入提供通道。两者在干旱寒冷地区常共同控制岩石表面剥落。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1111Salt weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在工程与遗产保护领域，冻融循环是寒区岩石边坡失稳、混凝土与天然石材劣化的重要诱因，常用冻融循环试验评估材料的耐久性。^{1111Salt weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

盐类结晶与潮解作用是物理风化（机械风化）的常见方式之一；物理风化指使岩石发生机械破碎、而没有显著化学成分变化的作用，其产物为岩石碎屑与矿物碎屑。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

盐分结晶的撑裂作用的基本过程是：当岩石孔隙中的水溶解了大量盐类时，一旦水分蒸发、溶液浓度逐渐达到饱和，盐类便重新结晶、体积增大，从而对孔隙壁产生很大的膨胀力，把岩石撑裂。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

盐类结晶撑裂岩石的机理与冰劈（冰楔）作用类似，二者都是孔隙内物质相变或析出时体积增大、在受限空间内产生膨胀压力而使岩石破裂。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

作为对比，孔隙中的水结冰时体积增大约 9%，所产生的压强可达约 2000 kg/cm²；这一量级说明孔隙内结晶或结冰产生的膨胀压力足以使岩石结构松动、产生裂隙。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

盐类结晶与潮解作用常与干湿交替的环境相伴：水分蒸发导致盐分过饱和而结晶，潮解则使已析出的盐重新吸水溶解，如此反复，使岩石孔隙反复承受膨胀与收缩，逐步松动碎裂。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

物理风化（又称机械风化）指岩石发生破碎而不涉及造岩矿物分解的作用过程；它与化学风化的区别在于后者意味着一种或多种矿物的蚀变。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

卸荷（又称卸载、压力释放）是指岩石因上覆负荷被剥去或侧向约束解除而发生的膨胀与破裂，是层裂构造形成的主要机制之一。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

层裂构造曾一度被认为是日照热力作用的产物，但多年来已普遍承认其为卸载即压力释放的结果。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

粒状崩解、球形风化、剥离风化与层裂构造都曾在远深于太阳热力影响范围的地下深处被发现，这些野外证据对单纯用热胀冷缩解释上述现象构成了反证。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

实验表明，仅依靠受热与冷却，风化效果很小、进程缓慢；而当有水分存在时，则几乎立即产生影响。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

卸载假说并不处处适用：大量证据表明，地壳内的断层作用与侧向挤压似乎可以作为层裂的另一种解释。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在副极地地区，频繁波动于冰点上下的气温对地表岩石影响很大，对岩层的详细观察证实了冻融机制的有效性；这说明层裂等崩解现象在不同气候带可由不同营力主导。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

化学风化作用是指地表岩石在水、氧气和二氧化碳的作用下发生化学成分和矿物成分变化并产生新矿物的作用，它与物理风化作用的根本区别在于后者只造成机械破碎而不改变化学成分、不产生新矿物。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

化学风化作用主要通过溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用和氧化作用等方式进行，溶解作用是其中最基本的一类，指矿物直接溶于水而进入溶液的过程。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

溶解作用能否进行以及进行的快慢，取决于矿物在水中的溶解度：卤化物（如石盐、钾盐）和硫酸盐（如石膏）溶解度大，最易被溶解带走；碳酸盐类次之；硅酸盐类矿物溶解度很小，在纯水中几乎不溶，需借助水中二氧化碳形成的碳酸等作用才较易分解。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

地表水中溶有二氧化碳、有机酸和无机酸时，其溶解能力显著增强，因此富含二氧化碳和有机酸的地表水与土壤水是推动溶解作用的重要介质，生物活动分泌的有机酸也有利于分解岩石。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

溶解作用使岩石中可溶组分随水流失、难溶组分残留原地，从而改变岩石的矿物组成并形成新的次生矿物，是风化壳中黏土矿物富集和可溶盐被淋失的重要途径之一。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在风化作用的三大类型中，化学风化作用与物理风化作用、生物风化作用并列，生物作用可以加速或促进化学风化作用的进行，三者在地表常同时或交替发生、相互促进。^{1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

水解作用是指矿物与离解的水相遇而引起分解的作用，是化学风化作用的主要方式之一，与溶解、水化、氧化和碳酸化等并列。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

水解作用的发生依赖于水的离解：水分子解离出的氢离子和氢氧根离子分别攻击矿物晶格中的阳离子和阴离子，使矿物结构被破坏、组分进入溶液，因此水解的强度与水的离解程度及溶液的酸碱条件有关。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

长石的水解是水解作用最典型的实例：花岗岩中的正长石在湿热气候条件下与水作用，形成KOH溶液和SiO2胶体随水流失，同时生成不溶于水的高岭石，反应可写作 4K[AlSi3O8]+6H2O → 4KOH+Al4[Si4O10][OH]8+8SiO2。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

高岭石可进一步水解，转变为铝土矿（铝矾土）并析出二氧化硅，反应可写作 Al4[Si4O10][OH]8+nH2O → 2Al2O3·nH2O+4SiO2+4H2O，这一过程体现了水解作用下硅酸盐矿物由复杂向简单、由难溶向易溶方向转变的趋势。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

水解作用在炎热多雨的气候条件下表现特别显著，是湿热地区化学风化占主导地位的重要机制之一；化学风化与物理风化互相联系、互相促进。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

化学风化作用中表现最突出的是氧化作用以及水和水溶液的作用，水解正属于后者，说明以水为介质的水解在化学风化中占有突出地位。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

氧化作用是化学风化作用的主要方式之一，指岩石在空气和水中游离氧的作用下，其中低价元素转变为高价元素、低价化合物转变为高价化合物，从而使矿物成分发生改变的过程。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

黄铁矿的氧化是氧化作用的典型实例：黄铁矿中的低价铁被氧化为高价铁，最终转变为褐铁矿，矿物由原来的硫化物变为含水的铁的氧化物。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

化学风化作用中表现最突出的是氧化作用以及水和水溶液的作用；氧化作用与溶解、水化、水解、碳酸化等作用共同构成化学风化的基本方式。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

地表环境富含游离氧、二氧化碳和水，与岩石形成时高温、高压、少游离氧的条件显著不同，这是暴露在地表的岩石容易发生氧化等化学风化的重要原因。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1212图文详情——科普中国资源服务cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

化学风化与物理风化互相联系、互相促进；在炎热多雨的气候条件下，化学风化作用特别显著，氧化作用也随水热条件的增强而更为活跃。^{55[科普中国]-外动力地质作用- · 科普中国网kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

碳酸盐化指碳酸（溶解态二氧化碳）与碳酸盐矿物或硅酸盐矿物反应生成可溶性碳酸氢盐的过程；在碳酸盐岩分布区，含二氧化碳的水对方解石的溶解是化学风化最普遍的表现形式之一。^{1313The Erosion of Carbonate Stone...wwwbrr.cr.usgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石灰岩与大理岩主要由方解石（碳酸钙的稳定同质多象）组成，因而对酸性沉降物敏感；碳酸盐类材料在酸性介质中的溶解速率远高于多数硅酸盐矿物，是化学风化中响应最快的组分。^{1313The Erosion of Carbonate Stone...wwwbrr.cr.usgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

自19世纪中叶以来，学界与保护界一直怀疑大气污染会加速天然与人工材料的降解；对碳酸盐石材而言，酸性沉降物是加速其表面溶蚀与雕像细节损失的重要外部因素。^{1313The Erosion of Carbonate Stone...wwwbrr.cr.usgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在碳酸盐岩的风化研究中，常用径流液中钙离子浓度来表征溶蚀强度；美国地质调查局的相关实验以5至40 mg/L的钙浓度范围制作校准标准，并以碳酸钙为基准物质配制500 mg/L的储备液。^{1313The Erosion of Carbonate Stone...wwwbrr.cr.usgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

酸性介质对碳酸盐岩的溶蚀不仅造成石材本身的物质损失，还带来建筑石材的经济损失与历史建筑、纪念物美学价值的下降，因此碳酸盐化与酸性介质的影响同时是地质学与遗产保护领域关注的问题。^{1313The Erosion of Carbonate Stone...wwwbrr.cr.usgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

碳酸盐化反应的产物为可溶性碳酸氢钙等碳酸氢盐，随水迁移，不易在原地残留为稳定次生矿物；这与水解作用生成黏土矿物、氧化作用生成铁锰氧化物的残留方式不同，是碳酸盐化在风化产物上的显著特征。^{1313The Erosion of Carbonate Stone...wwwbrr.cr.usgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

植物根系在生长过程中对岩石产生的机械压力是生物物理风化的重要方式之一：根系在岩石裂隙中伸长、增粗，可对裂隙壁施加持续的张应力，使裂隙扩展、岩块被撑裂，这一过程通常称为根劈作用。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

根劈作用的效果取决于根系压力与岩石抗张强度之间的对比：在裂隙发育、抗张强度较低的岩石（如页岩、片岩、部分砂岩）中，根系撑裂的效果更明显；而在完整、坚硬的块状岩石中，根系往往只能沿已有裂隙面扩展，难以直接劈开新鲜岩石。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

除根劈外，植物根系还通过分泌有机酸、呼吸作用释放二氧化碳以及根际微生物的协同作用促进矿物溶解，因此植物对岩石的破坏通常是物理撑裂与化学溶蚀叠加的结果，难以把两者截然分开。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物扰动指生物活动对风化层物质的翻动、混合与再分配，包括植物根系穿插、土壤动物（如蚯蚓、蚂蚁、白蚁）掘穴与搬运、以及大型动物踩踏等，其结果是使新鲜岩石与风化产物、有机质反复混合，增大矿物与孔隙水、空气和微生物接触的表面积，从而加快风化进程。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在临界带（critical zone）研究中，生物对岩石风化的贡献被作为全球元素循环的关键环节加以评估，微生物与植物根系的作用可从矿物界面一直影响到行星尺度，但细菌和真菌对风化总量的定量贡献仍是尚未解决的问题。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

实验与野外观测表明，生物作用可使某些矿物的风化速率提高最多约两个数量级，例如卷边桩菇（Paxillus involutus）菌丝对黑云母的作用、栖岩真菌对橄榄石的作用，以及多种土壤来源细菌培养物对长石、黑云母等硅酸盐矿物的作用。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物扰动在土壤剖面发育中具有建设性意义：根系穿插与动物掘穴形成的孔道既改善了风化层的通透性，又成为水分和溶质优先运移的通道，使风化前锋向深部推进，因此生物扰动既是风化作用的表现，也是风化壳结构形成的重要机制。^{1414The contribution of living organisms to rock weathering in the critical zonenature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物风化作用指生物对岩石的破坏作用，它同时包含机械作用与化学作用两个方面；其中化学作用的主要影响因素包括细菌、氧气、二氧化碳和有机酸等。^{1515国家自然博物馆wap.nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|33科普创作 -国家自然博物馆nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物化学风化的基本机制在于：生物代谢及其遗体分解产生的二氧化碳、有机酸等进入土壤水和岩石孔隙水，使局部水体的酸度升高，从而增强对矿物的水解与溶解能力；这一过程与化学风化中「氧、水和溶于水的各种酸使母岩分解成新矿物」的总体路径一致，只是酸的来源为生物。^{1515国家自然博物馆wap.nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|33科普创作 -国家自然博物馆nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在风化剖面上，生物化学风化的强度随深度受生物活动层控制：根系、土壤微生物与土壤动物集中分布的近地表层，二氧化碳分压与有机酸浓度最高，矿物分解也最活跃；向深部生物作用迅速减弱，风化逐渐过渡为以无机化学风化为主。^{1515国家自然博物馆wap.nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物化学风化对硅酸盐矿物的分解顺序与无机化学风化总体一致：石英最稳定，一般只发生机械破碎；长石次之，钾长石稳定性高于斜长石，彻底风化后形成蛋白石和铝土矿等新矿物；云母类中白云母比黑云母稳定，白云母在强烈化学风化下先变为伊利石、最后变为高岭石，黑云母则变为蛭石、绿泥石和褐铁矿等。^{1515国家自然博物馆wap.nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|33科普创作 -国家自然博物馆nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

暗色造岩矿物如橄榄石、辉石、角闪石的抗化学风化能力低于石英、长石和白云母；在化学分解过程中铁、镁、钙等易溶元素析出，硅也部分析出，大部分元素随溶液流失，一部分则在风化带中残留形成褐铁矿、蛋白石等次生矿物。^{1515国家自然博物馆wap.nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|33科普创作 -国家自然博物馆nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物化学风化的产物在类型上属于风化产物的组成部分，包括岩石碎屑、矿物碎屑、生物碎屑和溶解物质；其中由生物有机质分解与矿物分解共同形成的溶解物质和次生黏土矿物、铁铝氧化物，是风化壳物质的重要来源。^{1515国家自然博物馆wap.nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|33科普创作 -国家自然博物馆nnhm.org.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

气候是控制风化作用速率与类型的一级因素，其作用主要通过温度与水分（降水量、干湿交替频率）两个变量实现：温度决定化学反应速率与水的相态，水分决定水解、溶解、氧化等反应能否进行以及离子迁移的强度。因此，在其他条件相近时，湿热气候下的化学风化强度显著高于寒冷干旱气候。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1717Chemical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

温度对化学风化速率的影响可用阿伦尼乌斯关系近似描述：反应速率随温度升高按指数增长，一般温度每升高 10 ℃，许多硅酸盐水解与溶解反应的速率约提高 2～3 倍；这一温度效应在 0～30 ℃ 的常温地表区间内表现最为明显。^{1717Chemical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1818The role of climate in chemical weatheringnature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

水分是化学风化的关键限制因子。在降水量很低的干旱区，尽管昼夜温差大、物理风化（盐风化、热胀冷缩）活跃，但缺乏液态水使水解与溶解反应受到抑制，化学风化速率很低；随着年降水量增加，化学风化强度总体增强，并在热带湿润区达到最大。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1919Weathering and climateusgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

降水量的季节分配与干湿交替频率同样影响风化类型：频繁的干湿交替有利于盐类在孔隙中反复结晶—溶解，促进盐风化与物理崩解；而长期湿润、排水良好的环境更有利于长石等硅酸盐的水解和黏土矿物形成。^{1919Weathering and climateusgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2020Physical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在寒冷气候下，冻融作用成为物理风化的主导机制：当岩石孔隙水反复冻结—融化时，水结冰体积膨胀约 9%，产生可观的冻胀压力，使岩石裂隙扩展、崩解。因此冻融风化的强度取决于年冻融循环次数与岩石孔隙含水程度，而非单纯的最低气温。^{2020Physical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|88Frost weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

气候通过控制植被与土壤覆盖间接影响风化：湿润气候下发育的植被和土壤可提供有机酸与高 CO₂ 分压的孔隙水，增强水解与溶解；同时植被根系与生物扰动促进岩石破碎。因此，气候—生物—风化之间存在正反馈，使湿热区的化学风化进一步加剧。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在气候带尺度上，风化类型呈现规律性分带：极地和高山寒冷区以冻融物理风化为主；温带湿润区物理风化与化学风化并重；热带湿润区以强烈的化学风化（水解、氧化、淋滤）为主，形成深厚的风化壳与红土。这一分带格局是气候控制风化类型的宏观表现。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1919Weathering and climateusgs.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

气候并非孤立起作用，其效应受岩性、地形、时间与构造抬升等因素调制：相同气候下，碳酸盐岩比花岗岩更易溶解；陡坡地形使风化产物被快速剥蚀，新鲜岩石暴露，风化速率受剥蚀速率控制。因此，讨论气候对风化的影响时须与其他因素联合考虑。^{1717Chemical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在全球尺度上，气候（尤其是温度与径流）与构造抬升共同控制着硅酸盐化学风化的通量，进而影响长期碳循环与气候调节；这一认识是理解风化—气候反馈的基础，但不同区域的主导控制因素（气候还是构造）存在差异。^{1818The role of climate in chemical weatheringnature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

岩石的矿物组成是决定风化类型与速率的第一位内在因素：不同矿物在表生条件下的稳定性差异可达数个数量级，因而相同气候与构造条件下，富含不稳定矿物的岩石风化远快于以稳定矿物为主的岩石。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

按在表生环境中的稳定性，常见造岩矿物由易到难的顺序大致为：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、斜长石（钙长石端元最易）、钾长石、白云母、石英；这一序列即通常所称的“Goldich 风化序列”，与鲍文反应序列的方向基本一致。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2222Goldich dissolution seriesen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石英在常温表生条件下溶解度极低、缺乏解理、化学性质稳定，因此石英质岩石（如石英岩、石英砂岩）通常以物理风化为主，化学风化速率很慢，常形成突出的正地形。^{2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2020Physical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

碳酸盐岩（石灰岩、白云岩）以溶解作用为主要风化方式，其风化速率主要受水—岩反应与流体输运控制，在湿润气候下可形成岩溶地貌，风化速率通常显著高于同气候下的硅酸盐岩。^{1717Chemical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

花岗岩由石英、长石、云母等矿物组成，差异风化显著：长石风化为黏土矿物、云母水化分解，而石英残留，常形成风化砂（石英砂）与球状风化（石蛋）地貌。^{2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2323Graniteen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

玄武岩等基性火山岩富含橄榄石、辉石、基性斜长石等不稳定矿物，且常具气孔、杏仁构造，比表面积大，因此在相同气候下化学风化速率通常高于花岗岩等酸性岩。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2424Basalten.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

岩石的结构与构造同样影响风化：粒度细、孔隙率与渗透率高、层理或节理发育的岩石，流体更易进入，风化速率更快；反之，致密、块状、低孔隙率的岩石抗风化能力更强。^{2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2020Physical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在硅酸盐岩化学风化中，长石的风化速率通常高于石英而低于镁铁质矿物；长石水解后形成伊利石、高岭石等次生黏土矿物，是风化壳中黏土物质的主要来源。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2222Goldich dissolution seriesen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

矿物稳定性序列并非绝对：在特定环境（如强酸性、强还原或高盐环境）中，某些按 Goldich 序列应较稳定的矿物也可能快速分解，因此风化类型与速率须结合气候、流体化学与构造条件综合判断。^{2121Weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

岩性对风化类型的影响表现为：以碳酸盐、蒸发岩等可溶性岩石为主时，溶解作用主导；以硅酸盐岩为主时，水解与氧化作用主导；以石英质岩石为主时，物理风化相对突出。^{1717Chemical weatheringen.wikipedia.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

地形通过控制水分停留时间与排水条件影响风化类型：在平坦或低洼、排水不畅的地形部位，降水易于滞留，氧化还原条件频繁交替，化学风化与生物风化相对占优；而在陡坡，重力使水与风化产物迅速移走，新鲜岩石持续暴露，物理风化（尤其是卸载与冻融）更为突出。^{2525风化作用zgbk.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

坡度决定风化产物的去留：陡坡上风化碎屑难以保存，风化壳薄甚至基岩裸露；缓坡与洼地则利于残积物堆积，形成较厚的风化壳，并使下伏岩石长期处于风化前锋带内。^{2525风化作用zgbk.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

坡向通过改变太阳辐射、温度与水分条件造成风化差异：在北半球中纬度，阳坡（南向坡）日温差与蒸发更强，物理风化与氧化作用相对活跃；阴坡（北向坡）较湿润、冻融循环更频繁，风化类型与速率随之不同。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2626坡向对风化作用的影响geog.com.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

海拔升高伴随气温降低与冻融循环增多，使高山区以物理风化（冻融、寒冻风化）为主；而低海拔湿热区以化学风化为主，地形起伏与气候带叠加共同控制风化类型的分异。^{2525风化作用zgbk.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2727Physical Geography: Weatheringearthobservatory.nasa.gov前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

构造抬升使岩石持续进入表生带，剥蚀与抬升的竞争决定风化剖面的暴露时间：抬升快、剥蚀强的地区风化壳薄且以物理风化为主；构造稳定、剥蚀缓慢的地区风化壳厚、化学风化程度高。^{2828Tectonics and Weatheringnature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

节理、断层与劈理等构造不连续面增大岩石比表面积并成为流体通道，使风化沿构造带优先发育，形成差异风化与风化深槽；构造破碎带的风化速率显著高于完整岩体。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2929构造对风化作用的影响geojournals.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

岩层产状与坡向的关系影响差异风化：当岩层倾向与坡向一致时，软弱层易被掏蚀形成凹槽并诱发崩塌；倾向相反时则形成陡坎与差异侵蚀地貌，风化类型与速率随产状变化。^{2626坡向对风化作用的影响geog.com.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|2929构造对风化作用的影响geojournals.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

区域构造背景（如裂谷、造山带、克拉通）通过控制地热梯度、流体活动与抬升剥蚀速率，间接决定风化壳的类型与厚度，稳定克拉通区常发育厚层化学风化壳。^{2828Tectonics and Weatheringnature.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3030Weathering and Erosiongeosociety.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

风化作用是表生地质作用的一个环节，其速率与类型受气候、岩性、构造、地形、植被与时间等多种因素控制；其中时间是其他因素得以表现的必要维度——相同的岩性与气候条件下，暴露时间越长，风化改造越深，风化壳越厚、越成熟。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

风化作用的时间效应通常表现为早期以物理崩解和新鲜矿物溶解为主，随时间推移逐步转向次生矿物形成与化学分异，最终在稳定构造与排水条件下发育成熟风化壳；这一序列在花岗岩、玄武岩等结晶岩地区尤为典型。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3131Laterite and weathering crusteditors.eol.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在热带湿润地区，厚层红土型风化壳的发育需要长时间的风化持续，其形成常与构造稳定、长期未受显著剥蚀的地貌条件相配合；构造抬升或气候突变会中断风化序列，使风化壳被剥蚀而难以保存。^{3131Laterite and weathering crusteditors.eol.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

风化速率随时间并非恒定：新鲜岩石暴露初期，反应性矿物与较大比表面积使风化速率较高；随着易风化组分被消耗、次生矿物与风化壳覆盖层形成，速率通常衰减，趋于由扩散与淋滤控制的低速阶段。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3232Cosmogenic nuclides and weathering ratesdoi.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在风化速率研究中，常用“暴露年龄”或“宇宙成因核素定年”等方法约束地表岩石的暴露时间，从而把时间作为独立变量纳入风化速率方程；这类研究强调，缺乏时间约束的风化速率比较容易产生误导。^{3232Cosmogenic nuclides and weathering ratesdoi.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

时间尺度不同，主导风化类型也不同：在年际至百年尺度上，物理风化与生物风化常占优势；在千年至百万年尺度上，化学风化与次生矿物演化更为显著，风化壳的成熟度随时间的累积而提高。^{1010Weatheringbritannica.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在人类遗产保护中，时间因素同样重要：石质文物与建筑石材的风化程度与其暴露历史、维护历史密切相关，长期暴露于大气污染与干湿循环下的石材，其表层劣化往往随时间累积而加剧。^{3333Stone deterioration and conservationgetty.edu前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

酸雨的形成主要源于化石燃料燃烧和工业排放释放的二氧化硫与氮氧化物，这些气体与大气中的水蒸气相互作用生成酸性溶液，随降水落到地表。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

酸雨对石质文物的作用属于化学风化中的溶解与剥蚀过程：雨水中的酸性物质与岩石表面发生反应，加速岩石矿物的溶解和表层剥蚀，使石刻、石窟、岩画等石质遗产的原始风貌逐渐丧失。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

在岩石劣化的诸多人文因素中，酸雨侵蚀与天然氧化、工程振动与机械作用、人为踩踏刻画和涂污等并列，被视为人类活动加速岩石劣化的重要途径之一。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物劣化的后果不止于外观：岩石表层被酸性降水溶解剥蚀后，石窟、峡谷、岩画等岩石景观会逐步消失，直接损害其地质与文化遗产保存价值。^{66图文详情cloud.kepuchina.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物按材质可大致分为碳酸盐岩类（大理岩、石灰岩）、硅酸盐岩类（花岗岩、砂岩）以及凝灰岩等，不同岩类的风化敏感性差异显著：碳酸盐岩对酸性水敏感、易发生溶蚀，而砂岩的孔隙率和渗透率通常较高，盐分易在孔隙中迁移、结晶。^{3434石质文物盐害机理与防治研究进展cnki.net前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物风化的主要类型包括物理风化（盐结晶、冻融、热胀冷缩、干湿循环）、化学风化（溶蚀、水解、氧化、硫酸盐化）和生物风化（地衣、苔藓、微生物代谢产物及根系机械作用），在实际文物上三类过程往往叠加发生、相互促进。^{3535大气污染对石质文物的影响hjkx.ac.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

可溶盐在石材孔隙中的迁移与结晶是石质文物劣化最普遍、破坏性最强的机制之一：盐溶液随毛细水进入孔隙，在蒸发面附近过饱和析出，结晶压力可达数十兆帕量级，足以使孔隙壁剥落、表层粉化乃至鳞片状剥落。^{3434石质文物盐害机理与防治研究进展cnki.net前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3636生物风化与石质文物微生物病害journals.im.ac.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

冻融循环对处于寒冷或高海拔环境的石质文物构成显著威胁：孔隙水结冰体积膨胀约9%，反复冻融使微裂隙扩展、连通，最终导致块状崩解；冻融破坏的强度取决于岩石孔隙率、饱和度和循环次数。^{3737冻融循环作用下岩石劣化机制rockmech.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

大气污染物中的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物加速石质文物风化：二氧化硫在潮湿表面氧化生成硫酸，与碳酸钙反应生成石膏（硫酸钙），石膏层可再溶解或被雨水冲刷，造成表面逐层损失；这一机制在欧洲石灰岩和大理岩建筑上被广泛记录。^{3535大气污染对石质文物的影响hjkx.ac.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3838SO2对石灰岩质文物腐蚀机理研究jcscp.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

生物风化在石质文物上表现为地衣、藻类、蓝细菌和苔藓的定殖，其代谢产生的有机酸和螯合剂可溶解矿物、促进元素迁移；生物膜还改变表面润湿性和持水性，间接加剧盐结晶与冻融破坏。^{3636生物风化与石质文物微生物病害journals.im.ac.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3636生物风化与石质文物微生物病害journals.im.ac.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物保护中的风化评估通常包括现场病害调查（裂隙、剥落、粉化、盐析、生物覆盖等）、岩石学与矿物学分析、孔隙结构与盐分含量测定，以及环境监测（温湿度、降雨、污染物浓度），以判断风化类型与速率。^{3434石质文物盐害机理与防治研究进展cnki.net前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3939石质文物风化评估与保护技术规范ncha.gov.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

针对石质文物风化的保护措施包括环境控制（遮雨、排水、降低湿度波动）、盐分脱除（敷贴脱盐）、表面加固与防水处理、生物清除以及预防性监测；加固材料的选择需兼顾透气性、相容性和可逆性，避免因材料不匹配造成二次损伤。^{3939石质文物风化评估与保护技术规范ncha.gov.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|4040石质文物表面加固材料研究进展mat-rev.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物表面加固材料长期效果存在争议：部分有机聚合物（如丙烯酸树脂、环氧树脂）在老化后可能变黄、变脆、降低透气性，甚至因收缩应力加剧表层剥落；因此有观点主张优先采用无机加固材料（如氢氧化钙、硅酸乙酯）或仅做预防性保护。^{4040石质文物表面加固材料研究进展mat-rev.com前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3434石质文物盐害机理与防治研究进展cnki.net前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物风化速率受气候条件强烈控制：湿润地区以化学溶蚀和生物风化为主，干旱地区以盐结晶和热风化为主，寒冷地区以冻融为主；同一文物不同朝向（如迎雨面与背雨面）的风化速率也可相差数倍。^{3737冻融循环作用下岩石劣化机制rockmech.org前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

中国石质文物保护中，龙门石窟、云冈石窟、大足石刻等大型石窟寺的风化问题受到长期关注，主要病害包括渗水、盐析、表层粉化和生物覆盖；相关保护工作已纳入国家文物局主导的监测与修复体系。^{3939石质文物风化评估与保护技术规范ncha.gov.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}

石质文物风化的研究意义在于：风化过程记录了岩石与大气、水、生物相互作用的长期信息，同时为保护材料与干预策略提供科学依据；风化速率数据还可用于评估气候变化对文化遗产的潜在影响。^{3535大气污染对石质文物的影响hjkx.ac.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开|3939石质文物风化评估与保护技术规范ncha.gov.cn前往参考资料 ↓在新标签页中打开}