化学剥蚀

地质学术语

化学剥蚀是一个地质学术语。

简介

化学剥蚀过程具有明显的地带性。化学剥蚀模数在在中国华南、华中热带、亚热带湿润地区最高,暖温带半湿润区次之,华北暖温带半干旱区最小,东北寒温带半湿润区又有所回升。气温、降水、流域干湿程度、植被状况是决定化学剥蚀强度的主要因子。

物化过程

化学剥蚀是一个物理化学过程，取决于地球表层物质的化学风化以及风化产物的溶解、扩散和随水流的运动。Curtis曾把影响化学风化的环境因子分为热力学因子与动力学因子两大类。前者主要取决于气温，后者则主要取决于降水。由这两项因子派生出来的流域湿润程度和植被条件，也在化学风化和化学剥蚀过程中起着重要的作用。

1、降雨

化学风化的各个方面，如溶解、水解、水化、碳酸化、氧化作用都必须有水的参加才能进行。年降水量决定着某一地区的水循环强度，因而与化学风化及河流溶解质的输移密切相关。年降水量较大的地区，地表径流和地下径流都比较丰沛，故化学剥蚀强度也较大。将中国东部季风影响区内70余个代表性流域的化学剥蚀模数（即每年从每平方公里流域面积上经河流而输送下移的化学盐类的数量）与各流域的年均降水量建立相关，可得到下列经验关系：

D[,C]=0.0003466P[1.730]　式中，D[，c]为化学剥蚀模数，P为年均降水量。可以看到，随着年均降水量的增加，单位流域面积上溶解性物质的迁移量明显增加。相关图的点据有较大程度的分散，说明了其他因子如岩性等也起着重要的作用。在降水量相近的情况下，化学剥蚀模数可以相差2倍或2倍以上，这主要是由于流域中岩石的可溶性相差较大的缘故。

2、气温

气温影响元素和化合物的可溶性，影响化学反应的速度和方向，与降雨一起决定着化学风化的强度，同时还通过影响植被类型来间接地影响化学风化的过程。随着年均温的增高，地表溶解性物质的迁移强度明显增加。

应该指出，中国气候有雨热同季的特征，即夏季高温时也正是降雨量的高峰时期。这一因素对于化学风化和化学剥蚀是十分有利的。另一方面，在空间分布上也具有雨热同步的特征，即南方气温较高，雨量丰沛；北方气温较低，雨量亦少。因此，在化学剥蚀模数随年均温而增加的关系中，也间接地包含了降雨量的增加所导致的结果。除了年均温低于5℃的几个流域之外，点据的分布相当集中。对于年均温在5℃以上的流域，D[，c]与年均温t的关系可以近似用下式来表达：

D[C]=0.02379t[2.871]（2）

3、径流

已有研究表明，径流丰度是决定河流化学特征的重要因素之一。在径流强度较大的地区，反应生成物或已溶解的物质将迅速地随水流而他移，使反应得以不断进行；另一方面，径流又是溶解性物质的搬运载体，径流越丰沛，则对溶解性物质的搬运能力越强，因而化学剥蚀强度越大。事实上，化学剥蚀模数D[,C]=C[,d]*Y[,w]式中，C[，d]为河水矿化度，Y[，w]为单位流域面积上每年的产流量，即径流模数。值得注意的是，我们将所研究流域的D[，c]与Y[，w]建立联系，可以得到下式：

D[,C]=7.336Y[0.764][,w]

式中的指数并不等于1。这是由于，C[，d]本身并不是常数，而是随Y[，w]而变化。令上列二式右端相等，解之可得：

C[,d]=7.336Y[-0.236][,w]

即河水矿化度与单位面积产流量成负相关，这与前人研究中得出的径流越丰沛，则河水矿化度越低的结论是一致的。

4、流域干湿程度

气温和降水在不同的地区往往形成不同的组合关系，决定着流域的干湿程度。流域干湿程度一方面决定着流水及地下水的作用强度，另一方面也决定着植被类型和覆盖度，因而影响着化学剥蚀过程。

为大家所采用的表征气候干燥程度的指标已经不少，由于科学家更为关注以流域为基本功能单元的地表物质迁移过程，故这里提出流域干燥指标I[，d]的概念，它定义为某流域多年平均实际蒸发量E[，a]与多年平均降水量P之比。由水量平衡方程可知：

P=E[,a]+H[,r]±△S

式中H[，r]为径流深，△S为流域地表水和地下水的蓄变量。若考虑闭合流域的多年平均状况，则蓄变量△S可视为零。故

I[,d]=E[,a]/P=(P-H[,r])/P

依据水文资料可以由多年平均降水量和径流量计算出某流域的干燥指标I[，d]值。

将中国不同自然带的70余条河流的化学剥蚀模数D[，c]与流域干燥指标I[，d]的关系点绘成相关图，二者呈明显的负相关。仔细观察后可以发现，所有点据可以用斜率不同的两条直线来表示，即：

当 D[,c]<0.5时,D[,c]=287.5-425.0I[,d]

当 D[,c]>0.5时,D[,c]=160.7-171.4I[,d]

也就是说，当D[，c]0．5时，随着干燥程度的增加，化学剥蚀模数减小的速率要慢得多。

5、植被因子

植物在化学风化中起着决定性的作用，并通过化学风化为化学剥蚀和搬运提供了物质来源。由于腐殖酸和有机质的持水能力以及树木的阴蔽作用，增加了土壤湿度，而水是化学风化中不可缺少的因子。由于根系的呼吸作用，土壤空气中二氧化碳含量增加，从而增加了碳酸含量，降低了PH值，这又会加强某些化学反应。植物根系还会分泌和产生其他酸类物质，可以溶解某些矿物，对岩石起着强烈的破坏作用。在有植被作用的土壤中，微生物活动十分活跃，可以吸收空气中的二氧化碳并将其转化为碳酸，或吸收硫化物中的硫将其转化为硫酸，从而使岩石进一步遭到破坏。此外，植被保护地表免受侵蚀，因而控制着风化物的产生过程与他移过程之间的平衡，从而为加强化学风化提供必要的条件。

从地生态系统的观点看，植物中的营养元素循环也是溶解性物质迁移的一个组成部分。植物从土壤中吸收由化学风化释放的营养元素，积累于体内，当植物残体分解时，这些元素又回归于土壤。其中一部分可被植物再度吸收，另一部分则被水淋失，或者通过地表径流直接进入河流，或者通过地下水最终被补给到河流中去，参加流水中的溶解性物质循环。显然这一过程在植物繁茂的湿润热带和亚热带环境下的化学剥蚀中起着十分重要的作用。

对于中国植被分布与化学剥蚀的关系，在后文中还将作进一步的讨论。

喀斯特溶蚀率与气温及降雨的关系

随着年均降雨量P或年均温t的增加，喀斯特溶蚀率K[，r]也增加，根据文献数据建立两者的相关关系，其关系可以用下列二式来表达：

K[,r]=0.001870P[1.442]

K[,r]=0.0057207t[3.322]

上述二式与式（1）和式（2）在变化趋势上是完全一致的。式中K[，r]的单位为mm/a，即平均每年因喀斯特作用而蚀去的石灰岩的厚度。

重要意义

溶解性物质输移是地表物质迁移的重要形式，由此导致的化学剥蚀过程是地表剥蚀的重要组成部分。但除了石灰岩地区以外，化学剥蚀对地表形态的塑造不起显著的直接作用，因此常为地貌学家所忽视。但是，从地球表层学的角度看，或者从地生态学的观点看，溶解性物质的迁移均具有重要的意义。这是因为，在地球表层物质循环系统中，溶解性物质迁移属于流水物质循环系统与生物物质循环系统的耦合部分。经风化而释放的岩石中的溶解性物质，为植物提供了矿质养分；而植物残体的矿质化，又使部分营养元素回归于包括地表水、地下水和壤中水在内的广义流水循环过程。因此，化学风化和溶解性物质的输移提供了气圈、岩石圈和生物圈之间最重要的联系，这一过程的研究，对于阐明地表物质的转化、迁移、循环的内在机制，是不可缺少的。另一方面，溶解性物质的释放和迁移，是自然地理系统中各要素综合作用的结果，反过来，它也反映了特定地区自然地理各因子的特定组合与作用方式，故通过化学剥蚀过程的研究，可以更深刻地阐明不同自然带中各自然地理因子的相互作用。同时，通过化学剥蚀过程的研究，可以查明地表化学剥蚀速率，这对于流水地貌形态的演化具有重要意义。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省