5.1 物理风化

由于温度作用或机械作用引起岩石发生崩解、破坏，但又不改变其化学成分的风化过程称为物理风化。引起物理风化的因素也是多种多样的。在一些情况下风化过程是由于岩石自身的原因和温度变化的作用，而没有外部机械营力的作用，称这种风化作用为温度风化。由于外部营力的机械作用使岩石发生崩解的过程称为机械风化。

温度风化

温度风化的原因是由于昼夜温差和季节温差的影响造成岩石发生不均匀的热胀冷缩而引起的。岩石通常是由多种矿物组成的，不同的矿物具有不同的膨胀系数，在温度变化过程中会导致岩石中矿物之间的结合力减弱，最终松弛崩解（图5-1）。即便是成分较为均一的岩石，由于存在着岩石的各向异性，甚至是晶格结构的差异，也可以造成热胀冷缩的差异，导致岩石的风化。

图5-1 热胀冷缩中岩石不断的松弛剥落

由于温度变化长期作用的结果，还由于矿物岩石的膨胀系数的不同，岩石中矿物颗粒间的联结逐渐受到破坏，岩石开裂、解体，形成一些单个的块体。温度风化在温差大的地区最为强烈，特别是昼夜温差大、空气干燥、缺少植被覆盖的地区，因此温度风化在沙漠地区最为盛行。我国新疆塔克拉玛干沙漠地区年降水量平均只有50mm，一些地区年降水量甚至不到10mm，天空云量很少，夏季昼夜温差可以达到50℃以上，岩石如果含有较多的暗色矿物，在阳光的强烈照射下温度急剧升高，夜间又急剧下降，巨大的温差造成了该区的温度风化异常强烈（图5-2）。

图5-2 沙漠中物理风化作用形成的地貌景观

在没有积雪的高山地区也有同样的情况，那里空气稀薄，白天地面温度升高很快，夜间热量又很快散发，昼夜温差也非常大，温度风化作用也很强烈。

机械风化

机械风化是外部营力作用使岩石发生机械破坏的结果。水在冻结过程中由于密度降低，体积可以增大9%～10%，会产生巨大的破坏力。当水进入岩石的孔隙或裂隙中，如果产生冻结过程，其相应的膨胀力可以导致岩石发生解体，尤其是周期性的冻结作用，很容易把岩石破坏成较小的块体，这种风化作用称为冻结风化（图5-3）。

图5-3 冻结风化作用示意图

对于高孔隙度的岩石（孔隙度为10%～30%），如砂岩、砾岩等，当气温在0℃附近变化时，一旦有水参与，周期性的冻结作用很容易使岩石疲劳崩解，造成破坏（图5-4）。

图5-4 遭受冻结风化作用破坏的岩石

植物的根系和掘地动物对岩石也会产生机械风化作用。随着树木的生长，其根系越来越大，同时对岩石的裂隙壁产生了极大的作用力，就像楔子一样将岩石沿裂隙劈开，造成机械风化，著名的黄山松有很多都是生长在岩石的裂缝中（图5-5）。各种掘地动物，如啮齿类动物、蠕虫动物等，也会产生机械作用。

图5-5 黄山的迎客松就生长在岩石的裂缝中

此外，岩石的解体可以在岩石中产生毛细裂缝，并可能在毛细裂缝出现晶体，晶体生长的同时也会对岩石产生压力，毛细裂缝扩大，使岩石的完整性受到破坏，造成机械风化。