地理科普：带你认识我们的家园-行星地球 14.石头怎么碎了

花岗岩的球状风化 澳大利亚魔鬼弹珠

没有人动它，石头是怎么碎的呢？

这要从石头本身的特性说起，岩石的热传递速度很慢。白天，强烈的阳光照射着岩石表面，使表面温度迅速上升，体积膨胀，岩石内部则处于低温收缩状态。这种热胀冷缩作用让岩石内部悄悄产生一层平行于表面的裂隙。就像一颗夏威夷果，果壳和果仁之间有了细小的缝隙。夜晚，太阳落到地平线以下，气温也随之下降。岩石表面迅速降温，冷却收缩，但岩石内部温度还没降下来，体积仍处于膨胀状态。这就导致岩石出现垂直于表面的无数纵向裂隙，就像一个身材圆润的胖娃娃，撑破了有点儿小的衣服。横纵裂隙联合起来，让表层岩石像碎掉的果壳一样，被剥掉。掉落的岩石碎屑被风吹走，新一轮的“剥壳”行动又开始了。

这种因昼夜温差变化而导致的岩石破碎，属于物理风化作用，主要发生在昼夜温差变化大的内陆干旱地区，风的吹蚀作用将岩石碎屑带离原地，会加快岩石的破坏速度。物理风化还有其他多种形式，包括球状风化、层裂作用、冰劈作用、盐劈作用等。

岩石日复一日的热胀冷缩，就会一层一层地剥落，脱掉所有的棱角，变得圆滚滚的，这种现象叫作球状风化，质地坚硬的花岗岩最容易发生球状风化。岩石在地下深处形成时往往承受着巨大的压力，当因构造运动或剥蚀作用露出地面，上部压力被去除，岩石“如释重负”，向上向外膨胀，当膨胀超过了岩石的弹性限度之后，岩石发生断裂形成平行于地面的裂纹，也叫层裂作用或卸荷释重，在花岗岩出露的地区最常见。在气候较为寒冷的地区，白天，岩石的细小裂缝里会有水分渗入。到了夜晚，如果气温降到零度以下，小水滴就会凝结成冰，体积增加了10%，好像一把冰刀插入石缝中，将原来的小裂缝撑得更大，这就是冰劈作用。气候寒冷、水源丰富的山谷地带，冰劈作用最为常见。在水分反复冻融作用下，大石块逐渐崩解为小石块，这些小石块往往带有锋利的棱角，与干旱地区的球状风化很不相同。与冰劈作用类似的，还有盐类的结晶作用，常发生在气候干旱地区。白天，气温升高，岩石裂隙中的含盐溶液水分大量蒸发，盐分结晶成固态，体积增大，将裂缝撑大；夜晚，盐分吸收空气中和裂缝壁上凝结的水分，重新形成含盐溶液，并向岩石裂缝的深处流去。我们可以给这个过程取个名字，叫作盐劈作用。盐分反复溶解和结晶，也可以让大石块崩解。

植物的种子随风飘扬，落进岩石的裂缝里，在少量土壤、水分和适宜的气温条件下，顽强地生根、发芽。植物在岩石上扎根之后，需要从岩石中吸收矿物质作为养分，植物落叶和死后的遗体腐烂，会释放有机酸等腐蚀性物质，这些新陈代谢行为都会加快岩石的分解。少数植物，如松树，可以长成参天大树，不断发育的粗壮根系深深扎入岩石内部，将其崩裂，这叫作根劈作用，属于生物风化。

裸露在地表的岩石与空气中的水分、氧气、二氧化碳等发生化学反应，形成新的更容易被分解的物质，或者溶解在水中被水流带走，只剩少数不容易分解的矿物残留在原地，这个过程叫作化学风化作用，比如石灰岩与溶有二氧化碳的水溶液反应，慢慢被溶解，随水流迁移，形成神奇秀丽的喀斯特地貌。有些矿物能把外界环境中的水分吸收到矿物晶格中，变成新的含水矿物，比如赤铁矿变成含水的褐铁矿，水分的加入使岩石体积变大，坚硬硬度下降，更容易受到外力的破坏。化学风化作用主要发生在气候温暖潮湿的地区。

在物理风化、生物风化和化学风化综合作用下，原本坚硬的岩石会瓦解成无数碎屑，最终形成残积物和土壤，叫作风化壳。若地质历史时期形成的风化壳被新的岩石覆盖而保留下来，就形成古风化壳，它对科学家研究古气候、古环境和构造运动具有重要的指示意义。

土壤是含有腐殖质的风化残积物，主要由四部分构成，矿物质、腐殖质、水分和空气，是个固态、液态、气态三相混合系统，缺一不可。其中，腐殖质的多少是衡量一种土壤肥力高低的重要指标，最肥沃的黑土，腐殖质含量可达3%以上。世界上主要由三大块黑土分布区，中国的东北平原，乌克兰平原，美国密西西比河流域的中央大平原。

土壤的最主要功能是供人类种植庄稼，发展农业，人类文明才得以延续下去。看来，石头在漫长的时间里慢慢碎掉，算是一件大好事呢！

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