风化作用

风化作用是岩石、土壤和矿物以及木材和人造材料通过与水、大气气体和生物有机体接触而发生的退化。风化作用发生在原地（在现场，很少或没有运动），因此与侵蚀不同，侵蚀涉及通过水、冰、雪、风、波浪和重力等因素运输岩石和矿物。

风化作用过程分为物理风化和化学风化。

物理风化涉及通过热、水、冰或其他介质的机械作用使岩石和土壤分解。化学风化涉及水、大气气体和生物产生的化学物质与岩石和土壤的化学反应。

水是物理和化学风化背后的主要因素，尽管大气中的氧气和二氧化碳以及生物有机体的活动也很重要。由生物作用引起的化学风化也称为生物风化。

岩石破碎后剩下的物质与有机物质结合形成土壤。 地球上的许多地貌和景观都是风化过程与侵蚀和再沉积相结合的结果。 风化作用是岩石循环的重要组成部分，沉积岩由古老岩石的风化产物形成，覆盖了地球 66% 的大陆和大部分海底。

物理风化，也称为机械风化或分解，是一类在没有化学变化的情况下导致岩石解体的过程。物理风化涉及岩石通过膨胀和收缩等过程分解成更小的碎片，主要是由于温度变化。

两种类型的物理破坏是冻融风化和热压裂。 压力释放也可以在没有温度变化的情况下引起风化。它通常远不如化学风化重要，但在亚北极或高山环境中可能很重要。

此外，化学和物理风化通常是齐头并进的。例如，因物理风化而延伸的裂纹会增加暴露于化学作用的表面积，从而加快分解速度。

霜冻风化是最重要的物理风化形式。其次重要的是植物根系的楔入，它们有时会进入岩石的裂缝并将它们撬开。蠕虫或其他动物的洞穴也可能有助于分解岩石，就像地衣的采摘一样。

霜冻风化是由岩石露头内结冰引起的物理风化形式的统称。长期以来，人们认为其中最重要的是霜楔，这是由于孔隙水结冰时膨胀造成的。然而，越来越多的理论和实验工作表明，冰分离（其中过冷水迁移到岩石内形成的冰晶状体）是更重要的机制。

当水结冰时，它的体积会增加 9.2%。这种膨胀理论上可以产生大于 200 兆帕斯卡 (29,000 psi) 的压力，但更现实的上限是 14 兆帕斯卡 (2,000 psi)。这仍然远大于花岗岩的抗拉强度，后者约为 4 兆帕 (580 psi)。这使得霜楔效应（其中孔隙水冻结并且其体积膨胀使封闭的岩石破裂）似乎是霜冻风化的一种似是而非的机制。

然而，在产生巨大压力之前，冰只会从直的、开放的裂缝中膨胀出来。因此，霜楔只能发生在小而曲折的裂缝中。 岩石也必须几乎完全被水饱和，否则冰会简单地膨胀到未饱和岩石的空气空间中，而不会产生太大的压力。

这些条件非常不寻常，霜楔不可能是霜冻风化的主要过程。霜楔作用在水饱和岩石每天都有融化和冻结循环的情况下最为有效，因此在热带、极地地区或干旱气候中不太可能产生显着影响。

冰分离是一种不太明确的物理风化机制。它的发生是因为冰粒总是有一个表面层，通常只有几个分子厚，即使在远低于冰点的温度下，它也更像液态水而不是固态冰。这种预熔化的液体层具有不寻常的特性，包括通过毛细管作用从岩石较热的部分吸水的强烈趋势。

这导致冰粒的生长对周围的岩石施加相当大的压力，比霜楔可能产生的压力大十倍。这种机制在平均温度刚好低于冰点 -4 至 -15°C（25 至 5°F）的岩石中最为有效。冰分离导致岩石裂缝内冰针和冰晶状体的生长，并平行于岩石。