玩石碎碎念 wanshimurmur

上禮拜我們談到了物理風化，今天讓我們一起來認識化學風化和生物作用的風化吧!

還記得我們在火成岩中所談到的包溫序列嗎?

  所有的物質都是朝平衡、穩定的方向去進行，岩石中的礦物也是。

熔點高的礦物如橄欖石，在地表溫度低、壓力低的環境下，橄欖石會不適應現在的環境而經過風化作用

使得其性質有所改變。就像我們不習慣一件事情一樣，會慢慢調整自己去適應它。

石英、白雲母等熔點低的礦物，在地表的溫度與壓力下，則相對穩定，不易受風化而改變。

說到化學風化，只要能使岩石中礦物的化學成分改變或重新排列，造成岩石或礦物的崩解就是化學風化喔。

而化學風化經常與水或空氣中氣體息息相關，經過一連串的化學作用，使得岩石的型態有所改變。

化學風化大致上可分為五大類，分別為:

1.溶解作用(Solution)

有些礦物可被水溶解，如岩鹽(NaCl)等。

每種礦物有不同的溶解度，當同一岩體中有不同溶解度的礦物時，造成溶解度大的，被水偷偷帶走，

留下岩石中醜醜的空隙，不像徐志摩揮一揮衣袖，不帶走一片雲彩。

另一種是大氣中的氣體，溶解在雨水中，經由降雨，與地表上的岩石進行反應，我們後面提到的碳酸化作用也可以

概括在內。

2.水合作用(Hydration)

在不改變礦物其原來的化學式下，水分子與礦物結合形成新的礦物，並同時改變礦物的晶體

結構，造成體積、硬度或密度的改變，而使得岩體不穩定而風化。

舉例來說，硬石膏雨水反應，經由水合作用而形成石膏，其化學式如下:

　　　　　CaSO_４　＋　２H_２O　→　CaSO_４．２H_２O

　　　　　　硬石膏　　　　　　水　　　　　　　　石膏

　　　　　 斜方晶系　　　　　　　　　　　　 　單斜晶系

當硬石膏吸水成為石膏時，體積變大了，就像吃胖了，力氣也變大了所以有能力造成岩石剝落。

3.氧化作用(Oxidation)

氧化作用牽涉到電子間的交換，常發生在內含有鐵、鎂、硫等元素的岩石。

像岩石組成中常見的Fe^２＋，容易受到氧化作用而轉成Fe^３＋，

我們生活中容易鬆脫的鐵鏽，就是由Fe^３＋組成的喔。

當岩石中Fe^２＋轉為Fe^３＋，那岩石的結構也會變得鬆散而風化。

4.碳酸化作用(Carbonation)

碳酸化作用常發生在含石灰岩或白雲岩的地層中。雨水將大氣中的二氧化碳溶解形成含碳酸的液體，

而接著攻擊岩石中含Mg、Ca、Na的碳酸鹽類，受到碳酸劇烈的攻擊，碳酸鹽類進化了，形成重碳酸鹽類。

由於二氧化碳在低溫的溶解度較佳，因此碳酸化作用在低溫環境下進行的較劇烈。

圖中為菲律賓的巧克力丘，看起來像不像一顆顆的Hershys巧克力呢?

它也是石灰岩經過一連串的碳酸鹽作用造成的喔！

5.水解作用(Hydrolysis)

我們知道在一般的水裡面會有部分的H_２O解離為Ｈ^＋和ＯＨ^－，

而這些離子會與岩石中的矽酸鹽類進行酸鹼反應，造成這些礦物溶解或結構改變形成黏土礦物。

舉例來說，水和地表的花崗岩中的正長石(較粉色部分)進行反應，水解成為高嶺土(Kaolinite)，

其化學式如下:

2KAlSi₃O₈  +  2H₂CO₃  +  9H₂O → Al₂Si₂O₅(OH)₄  +  4H₄SiO₄  +  2K⁺  +  2HCO₃^-　

 正長石                                             高嶺土

我們平常再泡的茶也是一樣的道理，茶葉經過熱水的沖泡，但茶葉卻再也不是原本皺巴巴的樣子

生物風化(Bioturbation)

接著我們來介紹與我們息息相關的生物風化。

生物風化指的是動植物生長或死亡的過程中，對岩石產生的物理或化學風化。

像是土撥鼠和蚯蚓在地底下挖洞與呼吸作用產生的二氧化碳，都會加速物理與化學風化；

植物或微生物生長，參與了礦物的物理上的破壞與化學反應，這也都是風化作用；

動植物死亡後產生的有機酸，它會造成岩石分解等等。

雖然自然界中物理風化與化學風化通常是相輔相成的，他們是命運共同體，想分也分不開。

但相較於物理風化，身為老大的化學風化的影響力較大，

且一般化學風化在高溫、多雨地區進行的較快，但碳酸化作用為例外。

正因為不同的岩石組成與風化作用，才造成了現今地表各式各樣奇怪的地貌！

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