地球表生帶風化形成的疏鬆層。風化殼是巖石圈、生物圈、水圈和大氣圈相互作用的產物。風化殼的研究對找礦、研究自然環境變遷、土壤發生和演化,以及土地利用等均有一定意義。

  成因 風化殼形成的內因主要是成殼巖石的礦物組成。石灰巖風化過程中,主要是方解石的化學淋失,風化速度較快,殘留物少,風化殼淺薄;玄武巖中的輝石、角閃石晶格能小,易於風化,形成風化殼也較厚;花崗巖中的主要礦物長石和石英晶格格能大,抗風化能力強,風化速度較慢,但由於花崗巖的強烈崩解作用,水分廣泛滲入,可形成深厚的風化殼;砂巖、頁巖等沉積巖的組成礦物已經過風化作用,在地表條件下很穩定,風化速度較慢。按不同巖石的風化速度大小,可排列成如下次序:石灰巖>玄武巖>花崗巖>砂巖頁巖。

  影響風化殼形成的外因很多。首先是大地構造單元。在構造穩定的平坦地形條件下,風化殼形成的速度大於侵蝕速度,有利於形成深厚的風化殼;相反,在年輕的褶皺帶,新構造運動劇烈,地形起伏大,坡陡谷深地區的風化殼一般較淺薄。其次是生物氣候條件。同一種巖石在不同的生物氣候條件下,形成不同的具有地帶性特點的風化殼。在幹旱氣候條件下,風化作用微弱,甚至像方解石、石膏這樣極易風化的礦物,在風化殼中也積聚起來,形成的風化殼較為淺薄。而在濕熱氣候條件下,風化作用強烈,風化殼中幾乎無原生礦物,形成的風化殼也較深厚。再次是時間因素,同一種巖石在同樣的生物氣候條件下,由於風化作用的持續時間不同,形成的風化殼類型和特點也不一樣。

  風化過程 蘇聯Б.Б.波雷諾夫首先以發生學觀點研究風化殼的地球化學,指出在自然條件下元素的遷移順序不僅取決於該元素的物理化學性質,而且取決於元素的遷移條件。風化殼的形成可分成四個時期:第一時期,風化物喪失Cl和S的化合物;第二時期,風化物喪失堿金屬和堿土金屬鹽基;第三時期是殘積粘土時期,SiO2開始淋失;第四時期是富鋁化時期,大量二、三氧化物積聚(見表)。

元素和化合物在風化殼中的相對活動性

  類型 按風化殼所處的形成時期,可分成碎屑狀風化殼、含鹽風化殼、碳酸鹽風化殼、矽鋁風化殼、富鋁風化殼。此外,還有在上述風化殼上發育的漬水風化殼。

  碎屑風化殼 處於風化起始階段。主要形成於氣候嚴寒、寒凍風化作用強烈的條件下,風化殼很薄。巖石的化學和生物地球化學風化作用弱。標志元素是 H、Al,標志化合物是化學分解微弱的原生礦物。細土物質常填充於石縫內,風化殼中尚殘留易風化的角閃石和輝石,粘土礦物以水化度低的水雲母為主,一般呈中性反應。

  含鹽風化殼 處於第一時期。形成於幹旱、半幹旱的條件下,鹽分在風化殼中積累。在濱海地區,因海水浸淹亦可形成鹽漬風化殼。標志元素是Cl、Na、S(Ca、Mg),標志化合物是堿金屬和堿土金屬的氯化物和硫酸鹽,呈堿性反應。

  碳酸鹽風化殼 處於第二時期。在暖溫帶和溫帶幹旱、半幹旱條件下,隨著大部分易溶鹽類的淋溶,不易溶解的碳酸鹽開始移動。碳酸鹽中主要是 CaCO3CaCO3積聚的程度取決於生物氣候條件和巖石中Ca的含量。標志元素是Ca、Mg,標志化合物主要是Ca、Mg的碳酸鹽。Si、Fe、Al等很少移動。粘土礦物以水雲母- 蛭石為主。呈堿性反應。

  矽鋁風化殼 處於第三時期。形成於暖溫帶、溫帶和寒溫帶半濕潤條件下。易溶鹽類淋失殆盡,碳酸鹽也基本淋失。標志元素是 H、Al、Fe、Si,標志化合物為Al2O3Fe2O3SiO2等。Fe從矽酸鹽礦物中分離出來,由低價氧化物變成遊離的氫氧化物,風化殼呈褐色或棕色。風化殼中Ca、Mg、K、Na的氧化物含量減少,矽鋁率稍為變小。粘土礦物為2:1型,蛭石和過渡礦物有明顯增加。呈中性或微酸性反應。

  富鋁風化殼 處於第四時期。形成於濕潤的熱帶、亞熱帶,風化作用強烈,元素遷移活躍。矽酸鹽原生礦物基本分解,矽強烈淋失,而Fe、Al、Ti的水化氧化物相對積聚,風化殼呈鮮明的紅色。標志元素是H、Al、Si、Mn、Fe,標志化合物為Al2O3Fe2O3SiO2的水化物。風化殼的矽鋁率在2以上,粘土礦物以高嶺石和三水鋁礦為主。呈酸性反應。

  漬水風化殼 長期處於淹水還原條件下,Fe、Mn還原,使原來包裹土粒和結構物體表面的膠膜消散,並沿剖面向下移動,發生漬水離鐵作用,並在一定部位出現銹紋和銹斑。標志元素是Fe、Mn,標志化合物是Fe、Mn的化合物。這個類型可以發育在上述各類型風化殼上。

  按氧化還原概念,風化殼可分成氧化系列和還原系列兩類。按物質平衡,風化殼可分成淋溶型(負的)、累積型(正的)和過渡型(對於一些化學元素是正的,而對於另一些化學元素是負的)。按風化殼形成年代,風化殼可分成現代風化殼(第四紀或在冰後期形成)和古風化殼(第四紀前形成)。