鹽風化作用（salt weathering）是陸地上普遍存在的物理風化作用，不僅導致巖石表面的破碎分解，也造成建筑石材的粉化脫落，而且在地貌形態(tài)塑造過程中扮演著重要的角色。

然而，鹽風化作用卻一直被地學界忽視和誤解，以至于這種普遍存在的宏觀和微觀地貌景觀都被解釋為風蝕或水蝕等其他作用的結果。

經(jīng)過近十年的野外觀察、文獻查閱和綜合探討，我們的最新研究論文終于在《地質論評》雜志上發(fā)表了：

題目：中國不同氣候帶鹽風化作用的地貌特征作者：呂洪波，蘇德辰，章雨旭，馮雪東，李春旺 

 

 

 

審稿人評述：這是應該寫入教科書的研究成果！

現(xiàn)向朋友們介紹一些典型的鹽風化地貌，并對鹽風化作用進行簡單的解釋。雖然不能讓您成為地質學家，但能幫助您在野外或者戶外旅游時自己識別鹽風化地貌。

 

一

鹽風化的定義

 

1、Salt weathering is granular disintegration or fragmentation of rock material effected by saline solution or by salt-crystal growth(Gary et al., 1972, p.626).

鹽風化作用是指巖石物質在鹽溶解或結晶作用的影響下顆粒狀分解或破碎的作用。

2、Salt weathering is a geomorphic process resulting in the physical disintegration of rocks or stones and in the fretting oftheir surfaces. It is mainly due to the growth and expansion of various saltcrystals. Buildings and building stones can be attacked in a similar way (Yaalon, 1982).

鹽風化是一種導致巖石表面物理崩解和破損的地貌過程，其原因主要是各種鹽類晶體的生長膨脹。建筑物石材也可以遭受類似的風化作用。

3、Salt weathering is a mechanical weathering of rocks or stones in arid or coastal areas induced by salt crystallization in cracks or pore spacesin the rock or stone (Harvey, 2012).

鹽風化是由于巖石孔隙或裂隙中的鹽類結晶而導致的機械風化作用，多發(fā)生于干旱區(qū)或海岸帶。

4.鹽風化的中文定義

鹽風化作用（saltweathering）是指因巖石孔隙（或裂隙）中的鹽類結晶膨脹而導致的巖石露頭表面顆粒分解或脫落的物理風化作用。

鹽風化作用在地貌上表現(xiàn)為形成大小不等的風化穴（tafoni），小的厘米級，大的可以達到幾米以上。鹽風化現(xiàn)象可見于陸地上任何氣候帶，但在內陸干旱區(qū)和海邊表現(xiàn)更為明顯。

鹽風化也可稱為鹽晶生長（salt-crystal growth）、鹽結晶作用（salt crystallization）、鹽屑作用（haloclasty）等，有時也叫蜂窩狀風化（honeycomb weathering）（Mustoe, 1982），因為在海邊和某些潮濕地帶可以形成密集分布的小型風化穴，看上去像蜂巢一樣緊密排列。

 

二

鹽風化的研究歷史

 

1.早期的鹽風化—建筑石材破壞（420BC—1960）

據(jù)研究早期的鹽風化現(xiàn)象首先被人們注意是因為建筑材料的破壞，但人們并不知道是鹽風化作用。今天的例子很容易理解：

 

 

 

 

 

  

2.鹽風化概念提出（1965—）

Wellman等正式提出鹽風化（salt weathering）的概念，并明確指出鹽風化在海岸帶和干旱地區(qū)最明顯（Wellman and Wilson, 1965）。從此以后逐漸有學者通過多種方法研究鹽風化作用。

3.中國第一篇介紹鹽風化現(xiàn)象的論文

徐叔鷹（1993）根據(jù)國外研究文獻初步歸納了鹽風化的基本特征，并指出喀喇昆侖山谷冰川退縮后露出的漂礫上就發(fā)育了明顯的鹽風化穴，他稱之為“蜂窩洞”。盡管他沒有提供鹽風化的照片，也沒有完全清晰地闡述鹽風化的機理，但他卻是中國第一個介紹鹽風化作用的學者。雖然還有幾篇研究鹽風化作用的論文，但都沒關注鹽風化地貌及其機理。我們的論文是一篇全面介紹鹽風化作用并清晰解讀鹽風化地貌形成機理的研究論文，希望該文為國內地學界填補鹽風化作用研究的空白作點貢獻。

 

三

鹽風化作用一直被誤解為風蝕或水蝕等

 

盡管到上世紀九十年代學者們就已經(jīng)弄清了鹽風化作用的基本特征，但幾十年來在國內外地學界鹽風化作用一直被誤解。其中鹽風化作用形成的地貌景觀常被廣泛地誤讀為風蝕作用的結果。

如：中國西北干旱區(qū)最常見的風化穴（tafoni）本來是鹽風化作用造成的，可在地質學相關文獻中普遍被當作風蝕坑看待，即使在國內廣泛使用的普通地質學和地貌學經(jīng)典教材中仍被當作風蝕地貌介紹（如舒良樹，2010，233頁；曹伯勛，1995，114頁），在科普作品和大眾媒介中解釋錯誤就更加普遍，如：在百度中搜尋“風蝕壁龕（alcove）”、“石格子（stone lace）”、“蜂窩石”、“石窩”等詞匯，出現(xiàn)成百上千個網(wǎng)站鏈接，其網(wǎng)頁介紹幾乎千篇一律地強調“風蝕作用”，而給出的圖片卻是鹽風化作用形成的典型的蜂窩石或大型風化穴。

舉例如下：

 

 

 

 

 

注：經(jīng)章雨旭老師提醒：上圖圖片來源進一步說明：黑龍江伊春紅星區(qū)人民政府

 

 

 

 

 

 

 

 

從上面的例子可以看出：鹽風化被誤解可不僅僅是國內地學界的事情，國外也很普遍��！那么，如何識別風蝕痕跡？下面給出幾個例子：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

以下關于黃河“水蝕浮雕”鹽風化作用成因及圖片引自蘇德辰科學網(wǎng)博客↓↓↓

浮雕的形成時間：黃河兩岸的巖石是三疊紀時形成的砂巖，三疊紀的時間距今約2.5億至2億年。不錯，這些巖石是在2億多年前形成的，但是，千萬不能說黃河浮雕的形成時間是在2億年前的三疊紀。黃河形成的時間遠在三疊紀之后，根據(jù)現(xiàn)在的地理學研究成果，黃河大概形成于距今100萬年左右，并且，這些浮雕是在黃河大峽谷形成之后才逐漸形成的。事實上，這些浮雕的形成歷史很短并且一直持續(xù)到現(xiàn)在，也就是說，它們還在形成中（見照片）。 

浮雕的形成原因：介紹這些浮雕的文章或短文、游記很多，但并沒有人明確研究過這些浮雕的真正成因，因此籠統(tǒng)地稱為“水溶蝕、河流沖蝕、風蝕和日照”。而我們認為，其真正的成因正是“中國不同氣候帶鹽風化作用的地貌特征”一文中所指出的鹽風化。黃河岸邊因季節(jié)性降水會產(chǎn)生自崖頂向下的短時間流水，這些流水對鹽風化穴有一定的改造、破壞或疊加作用，但風化洞穴的主因是鹽風化。請仔細觀察本文中的照片，特別要注意觀察洞內的白色鹽霜。

（以下圖片來自于蘇德辰科學網(wǎng)博客）

 

 

遠觀浮雕

 

 

遠觀浮雕

 

 

遠觀浮雕，注意有一點點縱向的流水痕跡

 

 

遠觀浮雕，注意有一點點縱向的流水痕跡

 

 

注意觀察風化穴中的白色鹽霜

 

 

注意觀察風化穴中的白色鹽霜

 

 

注意觀察巖石表面和風化穴中的白色鹽霜

 

 

 注意觀察風化穴中的白色鹽霜

 

 

近距離觀察風化穴中的白色鹽霜，

可見其中的“穴中穴”現(xiàn)象，

這是正在形成的鹽風化穴。

 

 

遠離黃河岸的巖石上，一樣有類似的風化穴

 

 

四

鹽風化作用及其地貌特征歸納

 

1、 鹽風化----鹽類----巖石孔隙或裂隙----結晶 ；→巖石表面破碎脫落的物理風化，形成鹽風化穴（tafoni）、蜂窩石構造（honeycomb structure）！

2、受影響的巖性：砂礫巖類、花崗巖類（含片麻巖、混合巖）。

3、差異風化的重要表現(xiàn)形式之一。

4、鹽類破壞力：硫酸鈉> 碳酸鈉、硫酸鎂和氯化鈉等。

5、鹽分來源：外來：鹽類被風或霧從海水、鹽湖甚或含鹽表土中帶到空氣中最后降落在巖石表面，被雨露等溶解帶進巖石孔隙或微裂隙中，最終在蒸發(fā)強烈的巖石表面附近因過飽和而結晶，晶體生長撐破孔隙周圍的表面顆粒而形成形態(tài)各異的風化穴。

6、鹽風化作用的氣候條件：周期性干濕交替。

鹽風化現(xiàn)象普遍存在：不僅可以存在于海岸帶和干旱的內陸區(qū)，也可以發(fā)生在相對潮濕的亞熱帶和干冷的兩極或高山區(qū)，只是表現(xiàn)形式有所差別。

7、水→鹽風化的重要介質。海水（海浪）、降水和霧氣→鹽分，水分→孔隙或裂隙→蒸發(fā)→鹽類結晶→鹽風化作用；過量水分流動帶走鹽分→減緩鹽風化。水→不均一流動→鹽風化（差異風化），但風化穴與水流侵蝕無關！

   

8、風除了攜帶鹽類粉塵外，更主要的作用是加速了巖石表面水分蒸發(fā)，促進鹽類結晶。雖然局部也可以吹走鹽風化脫落的粉末，但鹽風化穴的形成卻與風蝕作用沒有任何關系。

 

五

鹽風化作用及其風化穴的形成機理

 

為何砂巖容易遭受鹽風化作用？因為其滲透性！看看砂巖的結構示意圖就容易明白。我們用西北干旱區(qū)的鹽風化地貌實例進行簡單的解釋：

 

 

 

通過降水方式，含鹽溶液從巖石表面通過碎屑巖顆粒之間的孔隙向砂巖內部滲透，當內部充滿水分后只能從巖塊四周的下方滲出。

在中國北方西北風為主，降水雨滴多從西北向東南方向下降，所以主要沖刷巖塊露頭的北西側，而雨滴不直接滴落在南東側。滲出的含鹽溶液在露頭的迎風側（主要是北西側）隨著雨水的沖刷而流失，而在背風側（主要是南東側）下部因干燥而水分蒸發(fā)，鹽類（如：硫酸鈉、氯化鈉等）在靠近露頭側面近底部表面的顆粒之間結晶。鹽類晶體結晶產(chǎn)生的張力將靠近表面的碎屑顆粒撐開而脫落，其中部分鹽晶也隨著脫落的碎屑顆粒和黏土掉落在巖塊下方邊緣。經(jīng)過長時間的連續(xù)蒸發(fā)或者頻繁干濕交替的短暫蒸發(fā)作用，巖石碎屑脫落的地方就逐漸形成凹槽，這便是鹽風化穴。

     

當然，在海岸帶砂巖表面的鹽風化作用之主要鹽分是由海霧和風浪從海水中帶來的，其風化穴的形成機理略有不同，但不均勻蒸發(fā)造成了不同形狀的風化穴的形成�？傊�，蒸發(fā)量相對大的地方形成鹽風化穴的中心凹進區(qū)，而蒸發(fā)相對弱的地方風化強度也弱，最終就顯得突出于表面，位于風化穴的周圍。

     

通俗地講，鹽風化作用就是因鹽結晶而導致巖塊表面的差異風化現(xiàn)象，這種差異造就了砂巖露頭表面（主要是側面）各種形態(tài)的風化穴。

為何花崗巖類也容易遭受鹽風化作用？我們用青島海岸帶花崗巖實例解釋：

 

花崗巖類巖石包括：花崗巖、片麻巖和混合巖等粗結晶的巖石類型。

    

因為這些巖石都是以顆粒狀礦物晶體緊密結合在一起，露頭上又被幾個方向的斷裂（節(jié)理）切割成大小不等的塊體，而這些巖塊可能出露地表甚至形成孤立的石蛋而進一步遭受鹽風化的破壞。從微觀上看，塊體內部因地應力作用而形成微細裂隙，但這些裂隙連通性差，不足以成為滲水通道。然而，在巖石露頭表面卻不一樣了！

    

巖石露頭表層：不僅發(fā)育構造微裂隙，還發(fā)育規(guī)模不等的風化微裂隙：因為巖石近表面的部分遭受頻繁的日溫差和季溫差變化，而長石、石英等不同礦物顆粒熱脹系數(shù)不同，溫度變化導致的礦物顆粒反復膨脹與收縮就會形成規(guī)模不等的微裂隙，特別是發(fā)育與巖石表面起伏一致的微型剝離面理（micro-exfoliation），這些微裂隙可以切穿石英和長石顆粒，一般深入巖塊內部幾厘米，為含鹽溶液的滲透提供了通道，也為鹽類的結晶提供了場所�，F(xiàn)以青島嶗山海邊白堊紀花崗巖漂礫為例介紹花崗巖鹽風化穴的形成過程。

 

六

中國不同氣候帶的鹽風化地貌舉例

下面就將中國不同氣候帶的鹽風化地貌實例介紹給大家。

地學界“多成因說”非常普遍，多數(shù)都是研究程度不夠造成的，這里調侃一下我們自己，請勿對號入座。

《地質論評》審稿意見節(jié)選：

該文系統(tǒng)梳理了鹽風化概念的提出和研究歷史，系統(tǒng)考察了國內多種氣候條件、多種巖性露頭的風化作用，從機理上解釋了鹽風化的微觀機制，分析了不同地理氣候條件下鹽風化現(xiàn)象的成因差異性和現(xiàn)象多樣性。

本文的重要意義在于糾正對鹽風化現(xiàn)象的誤讀和忽視，并在深入調研前人研究進展的基礎上，從發(fā)育機理、影響因素和演化特征等多個方面進行了系統(tǒng)研究，完善了鹽風化成因理論。這一研究將對地表過程研究有著深遠影響，會直接提升地學科學普及的科學性，對廣泛存在的“蜂窩狀巖石風化現(xiàn)象”提供可靠的認識，是可以進入教科書的研究成果。

來 源 | 科學網(wǎng)