风化
fēng huà
风化是地表岩石在物理、化学或生物作用下分解为更小碎块或新矿物的过程。
Definition
风化是冰、水、植物根系以及雨水中的化学物质等因素将岩石破碎成更小碎块的过程，岩石就在原地破碎，并不发生移动。机械（物理）风化，例如冰劈作用、根劈作用和剥落作用，把岩石破碎成同种物质的更小碎块；而化学风化，例如溶解、氧化和水解，则改变矿物本身的性质。气候决定了哪种类型占主导：寒冷干燥的气候有利于机械风化，温暖潮湿的气候则有利于化学风化。化学风化由水、溶解的 $CO_2$ 和氧气之间的反应驱动；碳酸（$H_2O + CO_2 \rightarrow H_2CO_3$）能够溶解方解石，并使硅酸盐水解，将长石转化为高岭石粘土并释放出溶解态离子。风化速率遵循阿伦尼乌斯规律，温度每升高 $10^\circ C$，速率大致翻倍，并随降雨量和表面积增加而加快。机械风化通过暴露新鲜表面为化学风化提供条件，而戈尔迪奇稳定性系列则预测，在最高温度下结晶的矿物风化速度最快。
Example
水渗入人行道的裂缝，结冰后膨胀，使裂缝变宽；这样年复一年经历许多个冬天，混凝土就会碎裂。北卡罗来纳皮埃蒙特地区的红粘土就是化学风化的产物，因为基岩中的长石在潮湿气候下经过数百万年转变为粘土，铁则转变为铁锈色的氧化物，而冰劈作用则雕刻出蓝岭公园大道沿线那些参差不齐的岩壁。花岗岩会发生球状风化，棱角部分因受到多个方向的侵蚀而最先被磨圆。佛罗里达州的落水洞以及肯塔基州的猛犸洞等喀斯特地貌，都是碳酸沿节理溶解石灰岩形成的。
Key Insight
风化使岩石破碎，侵蚀则将其搬走，因此风化可以发生在一块从未挪动分毫的岩石身上。把岩石破碎成小块会加快化学风化的速度，因为更小的碎块拥有大得多的表面积，供水和酸类物质侵蚀。硅酸盐风化是地球长期的温度调节器。气候越暖，风化越快，消耗的大气 $CO_2$ 也越多，从而使地球降温，这是一种在数十万年时间尺度上运作的负反馈机制。