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普遍存在的盐风化地貌:一直被误解,今日始澄清! 精选

已有 10066 次阅读 2017-7-13 23:04 |个人分类:地学探讨|系统分类:图片百科|关键词:盐风化地貌,普遍存在,误解,改写教科书| 误解, 改写教科书, 盐风化地貌, 普遍存在

   盐风化作用(salt weathering)是陆地上普遍存在的物理风化作用,不仅导致岩石表面的破碎分解,也造成建筑石材的粉化脱落,而且在地貌形态塑造过程中扮演着重要的角色。然而,盐风化作用却一直被地学界忽视和误解以至于这种普遍存在的宏观和微观地貌景观都被解释为风蚀或水蚀等其他作用的结果

   经过近十年的野外观察、文献查阅和综合探讨,我们的最新研究论文终于在《地质论评》杂志上发表了:

   吕洪波,苏德辰,章雨旭,冯雪东,李春旺. 2017. 中国不同气候带盐风化作用的地貌特征。地质论评,634):911—926.

地质论评编辑部网站:http://www.geojournals.cn/georev/ch/index.aspx

   审稿人评述:这是应该写入教科书的研究成果!

   现借助于科学网向朋友们介绍一些典型的盐风化地貌,并对盐风化作用进行简单的科普解释。阅读本博文虽然不能让您成为地质学家,但能帮助您在户外旅游时自己识别盐风化地貌。您看看,盐风化是否应该写入地学教科书?


一、盐风化的定义:

1.Salt weathering is granular disintegration or fragmentation of rock material effected

by saline solution or by salt-crystal growth(Gary et al., 1972, p.626).

盐风化作用是指岩石物质在盐溶解或结晶作用的影响下颗粒状分解或破碎的作用。

2. Salt weathering is a geomorphic process resulting in the physical disintegration of rocks or stones and in the fretting oftheir surfaces. It is mainly due to the growth and expansion of various saltcrystals. Buildings and building stones can be attacked in a similar way (Yaalon, 1982).

盐风化是一种导致岩石表面物理崩解和破损的地貌过程,其原因主要是各种盐类晶体的生长膨胀。建筑物石材也可以遭受类似的风化作用。


3. Salt weathering is a mechanical weathering of rocks or stones in arid or coastal areas induced by salt crystallization in cracks or pore spacesin the rock or stone (Harvey, 2012).

盐风化是由于岩石孔隙或裂隙中的盐类结晶而导致的机械风化作用,多发生于干旱区或海岸带。

4.盐风化的中文定义

盐风化作用(saltweathering)是指因岩石孔隙(或裂隙)中的盐类结晶膨胀而导致的岩石露头表面颗粒分解或脱落的物理风化作用。

盐风化作用在地貌上表现为形成大小不等的风化穴(tafoni),小的厘米级,大的可以达到几米以上。盐风化现象可见于陆地上任何气候带,但在内陆干旱区和海边表现更为明显。

盐风化也可称为盐晶生长salt-crystal growth)、盐结晶作用salt crystallization)、盐屑作用haloclasty)等,有时也叫蜂窝状风化honeycomb weathering)(Mustoe, 1982),因为在海边和某些潮湿地带可以形成密集分布的小型风化穴,看上去像蜂巢一样紧密排列。

二、盐风化的研究历史:
   1.早期的盐风化建筑石材破坏(420BC—1960

   据研究早期的盐风化现象首先被人们注意是因为建筑材料的破坏,但人们并不知道是盐风化作用。今天的例子很容易理解:

   2.盐风化概念提出(1965—

    Wellman等正式提出盐风化(salt weathering)的概念,并明确指出盐风化在海岸带和干旱地区最明显(Wellman and Wilson, 1965)。从此以后逐渐有学者通过多种方法研究盐风化作用。

 3.中国第一篇介绍盐风化现象的论文

   徐叔鹰1993)根据国外研究文献初步归纳了盐风化的基本特征,并指出卡拉昆仑山谷冰川退缩后露出的漂砾上就发育了明显的盐风化穴,他称之为“蜂窝洞”。尽管他没有提供盐风化的照片,也没有完全清晰地阐述盐风化的机理,但他却是中国第一个介绍盐风化作用的学者。虽然还有几篇研究盐风化作用的论文,但都没关注盐风化地貌及其机理。我们的论文是一篇全面介绍盐风化作用并清晰解读盐风化地貌形成机理的研究论文,希望该文为国内地学界填补盐风化作用研究的空白作点贡献。

三、盐风化作用一直被误解为风蚀或水蚀等

   尽管到上世纪九十年代学者们就已经弄清了盐风化作用的基本特征,但几十年来在国内外地学界盐风化作用一直被误解。其中盐风化作用形成的地貌景观常被广泛地误读为风蚀作用的结果。如:中国西北干旱区最常见的风化穴(tafoni)本来是盐风化作用造成的,可在地质学相关文献中普遍被当作风蚀坑看待,即使在国内广泛使用的普通地质学和地貌学经典教材中仍被当作风蚀地貌介绍(如舒良树,2010233页;曹伯勋,1995114页),在科普作品和大众媒介中解释错误就更加普遍,如:在百度中搜寻“风蚀壁龛(alcove)”、“石格子(stone lace)”、“蜂窝石”、“石窝”等词汇,出现成百上千个网站链接,其网页介绍几乎千篇一律地强调“风蚀作用”,而给出的图片却是盐风化作用形成的典型的蜂窝石或大型风化穴。举例如下:

   (经章雨旭老师提醒:上图图片来源进一步说明:黑龙江伊春红星区人民政府)

   从上面的例子可以看出:盐风化被误解可不仅仅是国内地学界的事情,国外也很普遍啊!那么,如何识别风蚀痕迹?下面给出几个例子:

   关于黄河“水蚀浮雕” 盐风化作用成因的实例图片请等待苏德辰老师的博文介绍,此处不再举例。

四、盐风化作用及其地貌特征归纳

1、盐风化----盐类----岩石孔隙或裂隙----结晶à岩石表面破碎脱落的物理风化,形成盐风化穴(tafoni)、蜂窝石构造(honeycomb structure

2、影响岩性砂砾岩类、花岗岩(含片麻岩、混合岩)

3、差异风化的重要表现形式之一

4、盐类破坏力硫酸钠> 碳酸钠、硫酸镁和氯化钠等。

5、盐分来源外来盐类被风或雾从海水、盐湖甚或含盐表土中带到空气中最后降落在岩石表面,被雨露等溶解带进岩石孔隙或微裂隙中,最终在蒸发强烈的岩石表面附近因过饱和而结晶,晶体生长撑破孔隙周围的表面颗粒而形成形态各异的风化穴。

6、盐风化作用的气候条件周期性干湿交替。

盐风化现象普遍存在:不仅可以存在于海岸带和干旱的内陆区,也可以发生在相对潮湿的亚热带和冷的两极或高山区,只是表现形式有所差别。

     7à盐风化的重要介质。海水(海浪)、降水和雾气à盐分,水分à孔隙或裂隙à蒸发à盐类结晶à盐风化作用;过量水分流动带走盐分à减缓盐风化。水à不均一流动à盐风化(差异风化)但风化穴与水流侵蚀无关!

     8、风除了携带盐类粉尘外,更主要的作用是加速了岩石表面水分蒸发,促进盐类结晶。虽然局部也可以吹走盐风化脱落的粉末,但盐风化穴的形成却与风蚀作用没有任何关系。

五、盐风化作用及其风化穴的形成机理

   为何砂岩容易遭受盐风化作用?因为其渗透性!看看砂岩的结构示意图就容易明白。我们用西北干旱区的盐风化地貌实例进行简单的解释:

通过降水方式,含盐溶液从岩石表面通过碎屑岩颗粒之间的孔隙向砂岩内部渗透,当内部充满水分后只能从岩块四周的下方渗出。在中国北方西北风为主,降水雨滴多从西北向东南方向下降,所以主要冲刷岩块露头的北西侧,而雨滴不直接滴落在南东侧。渗出的含盐溶液在露头的迎风侧(主要是北西侧)随着雨水的冲刷而流失,而在背风侧(主要是南东侧)下部因干燥而水分蒸发,盐类(如:硫酸钠、氯化钠等)在靠近露头侧面近底部表面的颗粒之间结晶。盐类晶体结晶产生的张力将靠近表面的碎屑颗粒撑开而脱落,其中部分盐晶也随着脱落的碎屑颗粒和黏土掉落在岩块下方边缘。经过长时间的连续蒸发或者频繁干湿交替的短暂蒸发作用,岩石碎屑脱落的地方就逐渐形成凹槽,这便是盐风化穴。

        当然,在海岸带砂岩表面的盐风化作用之主要盐分是由海雾和风浪从海水中带来的,其风化穴的形成机理略有不同,但不均匀蒸发造成了不同形状的风化穴的形成。总之,蒸发量相对大的地方形成盐风化穴的中心凹进区,而蒸发相对弱的地方风化强度也弱,最终就显得突出于表面,位于风化穴的周围。

        通俗地讲,盐风化作用就是因盐结晶而导致岩块表面的差异风化现象,这种差异造就了砂岩露头表面(主要是侧面)各种形态的风化穴。

   为何花岗岩类也容易遭受盐风化作用?我们用青岛海岸带花岗岩实例解释:

   花岗岩类岩石包括花岗岩、片麻岩和混合岩等粗结晶的岩石类型。

       因为这些岩石都是以颗粒状矿物晶体紧密结合在一起,露头上又被几个方向的断裂(节理)切割成大小不等的块体,而这些岩块可能出露地表甚至形成孤立的石蛋而进一步遭受盐风化的破坏。从微观上看,块体内部因地应力作用而形成微细裂隙,但这些裂隙连通性差,不足以成为渗水通道。然而,在岩石露头表面却不一样了!

       岩石露头表层:不仅发育构造微裂隙,还发育规模不等的风化微裂隙:因为岩石近表面的部分遭受频繁的日温差和季温差变化,而长石、石英等不同矿物颗粒热胀系数不同,温度变化导致的矿物颗粒反复膨胀与收缩就会形成规模不等的微裂隙,特别是发育与岩石表面起伏一致的微型剥离面理(micro-exfoliation),这些微裂隙可以切穿石英和长石颗粒,一般深入岩块内部几厘米,为含盐溶液的渗透提供了通道,也为盐类的结晶提供了场所。现以青岛崂山海边白垩纪花岗岩漂砾为例介绍花岗岩盐风化穴的形成过程。

六、中国不同气候带的盐风化地貌举例

   下面就将中国不同气候带的盐风化地貌实例介绍给大家。其中青藏高原区的有待于同仁们补充。

   地学界“多成因说”非常普遍,多数都是研究程度不够造成的,这里调侃一下我们自己,请勿对号入座。

地质论评审稿意见节选:

        该文系统梳理了盐风化概念的提出和研究历史,系统考察了国内多种气候条件、多种岩性露头的风化作用,从机理上解释了盐风化的微观机制,分析了不同地理气候条件下盐风化现象的成因差异性和现象多样性。
        本文的重要意义在于纠正对盐风化现象的误读和忽视,并在深入调研前人研究进展的基础上,从发育机理、影响因素和演化特征等多个方面进行了系统研究,完善了盐风化成因理论。这一研究将对地表过程研究有着深远影响,会直接提升地学科学普及的科学性,对广泛存在的“蜂窝状岩石风化现象”提供可靠的认识,是可以进入教科书的研究成果。

       感谢审稿人的宝贵建议和鼓励!如果阅读完本长长的博文您还有疑问,请阅读我们的研究论文吧!如果您觉得有错误,请撰文批评吧!

附:《地质论评》编辑部网站论文链接:

   吕洪波,苏德辰,章雨旭,冯雪东,李春旺. 2017. 中国不同气候带盐风化作用的地貌特征。地质论评,634):911—926.

http://www.geojournals.cn/georev/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20176304006&flag=1  










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