地理科学:带你去我们的家园——地球14。石头是怎么碎的？

这要从石头本身的特性说起，石头的传热速度很慢。白天，强烈的阳光照射在岩石表面，使表面温度迅速上升，体积膨胀，而岩石内部处于低温收缩状态。这种热胀冷缩使得一层平行于地表的裂缝悄然出现在岩石中。就像一个夏威夷水果，外壳和内核之间有一个小间隙。晚上，当太阳落到地平线以下时，温度下降。岩石表面迅速冷却收缩，但岩石内部温度尚未下降，体积仍处于膨胀状态。这就导致了无数垂直于岩石表面的纵向裂缝，就像一个胖乎乎的娃娃，身材浑圆，破了一点点小衣服。水平和垂直的裂缝联合起来，使表层岩石像破壳一样剥落。落下的岩石碎片被风吹走，新一轮的“炮击”行动又开始了。

这种由昼夜温差变化引起的岩石破碎，属于物理风化，主要发生在昼夜温差变化较大的内陆干旱地区。风蚀会把岩石碎片从原来的地方带走，从而加速岩石的破坏。物理风化还有很多其他形式，包括球状风化、散裂、冰裂、盐裂等。

当岩石日复一日热胀冷缩时，就会一层一层剥落，脱去所有的棱角，变成圆形。这种现象称为球状风化，坚硬的花岗岩最容易发生球状风化。当岩石在地下深处形成时，它们往往承受着巨大的压力。当它们因构造运动或剥蚀而暴露于地面时，上部压力被去除，岩石被“释放”，向上向外膨胀。当膨胀超过岩石的弹性极限时，岩石破裂形成平行于地面的裂缝，也称为剥落或卸荷，这在花岗岩裸露的地区最为常见。在较冷的气候下，水会在白天渗入岩石的微小裂缝中。到了晚上，如果温度降到零度以下，水滴就会凝结成冰，体积会增加10%，就像一把冰刀插进石头裂缝里，会让原本很小的裂缝变大。这是冰分裂。劈冰在气候寒冷、水资源丰富的山谷地区最为常见。在水的反复冻融作用下，大石块逐渐崩解成小石块，往往有尖锐的棱角，与干旱地区的球状风化有很大区别。类似于冰的分裂，也有盐的结晶，这经常发生在干旱地区。白天，温度升高，岩石裂缝中的盐溶液中的大量水分蒸发，盐结晶成固态，体积增大，使裂缝扩大。到了晚上，盐吸收空气中和裂隙壁上凝结的水，重新形成盐溶液，流向岩石裂隙深处。我们可以给这个过程起个名字，叫盐裂。盐的反复溶解结晶也会导致大石块崩解。

植物的种子随风飘动，落入岩石缝隙中，在少量土壤、水分和适宜温度的条件下顽强地生根发芽。植物在岩石中扎根后，需要从岩石中吸收矿物质作为养分。植物落叶腐烂后会释放有机酸等腐蚀性物质，加速岩石分解。松树等少数植物可以长成参天大树，生长的粗根深入岩石并使其开裂，这叫劈根，属于生物风化。

裸露的岩石与空气中的水分、氧气和二氧化碳发生化学反应，形成更容易分解的新物质，或者溶于水被水流带走，只留下少量不易分解的矿物质在原地。这个过程被称为化学风化。比如石灰岩与溶有二氧化碳的水溶液反应，慢慢溶解，随水流迁移，形成神奇美丽的喀斯特地貌。有些矿物可以从外界环境中吸收水分进入矿物晶格，成为新的含水矿物，如赤铁矿成为含水褐铁矿。水的加入使岩石变大，硬度降低，更易受外力作用。化学风化主要发生在温暖潮湿的地区。

在物理风化、生物风化和化学风化的共同作用下，原本坚硬的岩石会崩解成无数的碎块，最终形成残渣和土壤，这就是所谓的风化壳。如果地质历史上形成的风化壳被新的岩石和遗迹覆盖，就会形成古风化壳，这对科学家研究古气候、古环境和构造运动具有重要意义。

土壤是含有腐殖质的风化残留物，主要由矿物质、腐殖质、水和空气四部分组成。它是固、液、气三相混合体系，三者缺一不可。其中，腐殖质的多少是衡量一个土壤肥力的重要指标。最肥沃的黑土腐殖质含量可达3%以上。世界主要由三个黑土分布区组成，中国的东北平原、乌克兰平原和美国密西西比河流域的中原。

土壤的主要作用是供人类种植农作物，发展农业，使人类文明得以延续。看来时间久了石头慢慢碎是好事啊！