生物風化

生物風化

生物風化是指受生物生長及活動影響而產生的風化作用,是生物活動對岩石的破壞作用,一方面引起岩石的機械破壞,如樹根生長對於岩石的壓力可達10千克每平方,這能使根深入岩石裂縫,劈開岩石;另一方面植物根分泌出的有機酸,也可以使岩石分解破壞。此外,植物死亡分解可以形成腐殖酸,這種酸分解岩石的能力也很強。生物風化作用的意義不僅在於引起岩石的機械和化學破壞,還在於它形成了一種既有礦物質又有有機質的物質——土壤。

概述

(圖)生物風化生物風化
(圖)岩石中的生物風化岩石中的生物風化

自然界的岩石都形成於特定的地質條件下,在高溫,高壓,少游離氧的條件下處於相對穩定狀態。岩石一旦出露或接近地表,接受太陽的幅射熱,並與大氣圈水圈生物圈相接觸時,岩石不再保持穩定,而發生一系列的變化,如崩裂,分解成地表穩定的新礦物。這種使岩石在原地發生物理狀態或化學成分變化的破壞作用叫風化作用。通常將自地面往下一定深度有風化作用的地帶稱作風化帶。根據風化作用的因素、作用方式和性質,一般將其分為物理風化作用,化學風化作用和生物風化作用三種類型。

各種風化作用之間的關係很密切,它們往往同時進行、互相影響、互相促進,是一個複雜的統一過程。影響風化作用的因素有氣候因素、地形因素和地質因素。風化作用的產物殘留在原地形成的一層不連續的薄殼叫風化殼。風化作用從本質上講,只有物理和化學風化兩種方式。一方面,物理風化加大、加深岩石裂隙,利於水、氣體和生物的進入,為化學風化創造條件;另一方面,化學風化在帶進、帶出物質對岩石化學成分改變的同時,也改變了岩石的物理性質。

另外,據資料介紹,作用於粒徑小於0.02毫米顆粒上的多數應力可以被彈性變緩而消除,顆粒不發生機械破碎。物理風化作用只能使岩石破碎到中--細沙粒級(0.5--0.05)。而化學風化卻能進一步使顆粒分解形成膠體和真溶液。在自然界中,所有的風化作用往往是同時進行、互相影響、互相促進的,只有在具體情況下,它們才有強弱、主次之分。

生物風化有時也可以引起化學風化,有部分動植物能夠釋放出酸性化學物而引起化學風化。最常見的生物風化引起的化學風化形式為釋放螯合物化學物,亦為酸的一種。此化學物由植物釋放,用作分解其底下土壤的成分。土壤中植物的殘骸可以形成有機酸,溶於水後造成化學風化。螯合物的過度釋放會影響附近岩石與土壤,及可能引致灰化土的形成。

自從地球上有生命開始,各種生物對地球尤其對地表物質轉化與循環產生了強烈的影響,岩石礦物的風化過程更是受到生物作用的強烈影響,不同的生物和不同的生物活動強度對岩石礦物的風化影響不同,在地球的不同地區,生物風化作用的強度是不同的,生物風化作用也是地球生物化學循環的一部分,地球上的生命無時無刻不在影響和改變著地球的各種物質。

風化實例

(圖)樂山大佛表面的生物風化情況樂山大佛表面的生物風化情況

四川樂山大佛1200來年飽受風吹、酸雨、水漬的危害,風化日趨嚴重。但鮮為人知的是,“生物侵害”也是樂山大佛傷痕累累的主要原因之一。中國科學家加強對樂山大佛“生物侵害”項目的研究,並初步提出了防治生物侵害要按地衣、菌類、蕨類和高等植物進行綜合防治。

這項研究是由中國科學院成都生物研究所的官家發、何開澤、楊萬勤等科研人員共同進行的。他們的研究目標首先是對樂山大佛生物侵害的現狀作出科學系統的評價,再探明侵害樂山大佛的生物種類及其對大佛危害的過程,填補相關領域的研究空白,最後開發生物侵害的防治技術,並為其他類似的石質文物保護提供示範。

岩石風化一向是威脅樂山大佛等石質文物的最主要因素之一,它包括物理風化、化學風化和生物風化3種基本類型。有關石質文物的物理和化學風化過程、影響因素以及監測手段等已受到文物保護工作者的廣泛重視,但迄今為止,有關石質文物的生物風化及其侵害研究工作,在國內外都極少。

生物風化對樂山大佛的侵害多種多樣。例如細菌真菌地衣微生物,通常以群落等形式覆蓋在佛體岩石的表面,由於它們能分泌使岩石風化的腐蝕劑,所以加速了大佛的風化。地衣和蕨類還能分泌各種酸性物質,對岩石的風化作用也有明顯影響。草類、攀援性植物等高等植物的根系穿透能力很強,它們的種子發芽、幼苗定居和生長過程對岩石的破壞作用也很強,而且對佛體的光照條件、透氣、透水性能都產生了影響。

據樂山市文物保護管理所所長黃學謙介紹,對樂山大佛的保護,只能是定期採用人工、機械等技術措施,清除佛體表面及周邊岩石上的地衣、苔蘚和禾草類生物,並進行修補,這很難從根本上解決岩石風化問題。由於樂山大佛處於中亞熱帶濕潤季風氣候區,又雕刻在容易風化的紅砂岩上,極易受到各種生物的侵蝕和破壞,並且其侵害已相當嚴重。但由於缺乏樂山大佛岩石生物風化的系統科學研究,現在還很難提出一套現成的適合於佛體保護的生物防治技術措施。

科學家們正在研究這些附著在大佛表面的生物的新陳代謝活動、新陳代謝與風化的關係等,通過採用現代科技方法對侵害進行定量研究,以便找出它們對佛體岩石進行侵害的原因。為此,科學家們必須先進行大量系統而深入的基礎研究,在探明諸如危害大佛的生物種類、危害產生的科學機制等基本問題的前提下,才有可能研製、開發行之有效的生物侵害防治技術。

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們