首先我們下來搞清楚風化殼的基本概念：地殼表層巖石風化的結果，除一部分溶解物質流失以外，其碎屑殘余物質和新生成的化學殘余物質大都殘留在原來巖石的表層。這個由風化殘余物質組成的地表巖石的表層部分，或者說已風化了的地表巖石的表層部分，就稱為風化殼或風化帶。石灰巖風化過程中，主要是方解石的化學淋失，玄武巖中的輝石、角閃石晶格能小，易于風化，形成風化殼也較厚；花崗巖中的主要礦物長石和石英晶格能大,抗風化能力強,風化速度較慢，但由于花崗巖的強烈崩解作用，水分廣泛滲入，可形成深厚的風化殼； 在構造穩定的平坦地形條件下，風化殼形成的速度大于侵蝕速度，有利于形成深厚的風化殼；相反，在年輕的褶皺帶，新構造運動劇烈，地形起伏大，坡陡谷深地區的風化殼一般較淺薄。

風化作用的產物

（一）物理風化作用的產物
物理風化作用是一種純機械的破壞作用，其結果是使巖石崩解成粗細不等、棱角明顯的碎塊。如果沒有其他的地質作用（如剝蝕作用），碎屑常覆蓋在原巖的表面，其成分與原巖一致。如果地形較陡，巖石碎屑在重力的作用下，向坡下滾動或墜落，堆積在坡腳，由于慣性力的作用，粗大的碎塊滾得較遠，堆積在下部，而細小的碎塊滾得較近堆積在上部，形成上部巖石碎屑小，下部巖石碎屑粗的堆積體，稱倒石錐（或倒石堆）（圖5-5）。


圖5-5 倒石錐（或倒石堆）形態結構示意圖

（引自田明中等，2009）
（二）化學風化作用的產物
化學風化作用的最終產物包括兩部分：一是能溶于水中的可遷移物質；一是難以遷移，堆積在原地的殘積物。
能溶于水的可遷移物質包括各種易溶鹽類，K＋，Na＋的氫氧化物和少部分難溶物質（如Si4＋，Al3＋，Fe3＋，Mn4＋等氧化物或氫氧化物膠體），易溶物質在水中常以真溶液形式遷移，而部分難溶物質常以膠體的形式被遷移。殘積物主要為難溶物質、巖石碎屑和風化形成的礦物，如石英碎屑、蒙脫石、高嶺石、鋁土礦、蛋白石、褐鐵礦等。
礦物和巖石在化學風化過程中是逐步分解的，由于各種礦物的物理、化學性質不同，在分解過程中的難易程度也不一樣。換句話說，就是礦物的抗風化能力有強弱之別。據研究，在自然界中各類礦物抗風化能力的順序是：氧化物、氫氧化物＞硅酸鹽＞碳酸鹽＞硫化物＞鹵化物、硫酸鹽。幾種常見礦物抗風化能力的順序是：石英＞白云母＞長石＞黑云母＞角閃石＞輝石＞橄欖石。
組成礦物的元素在礦物分解過程中也是逐步分離出來的。由于各種元素的化學性質不同，在析出的過程中就有難易之分。常見元素的遷移系列如表5-1所示。表中所列的1，2系列的元素在化學風化過程中總是最先被析出，組成易溶鹽類被河水、地下水帶走，這些元素是構成鹵化物、硫酸鹽的主要元素。表中3，4系列的元素只能作短距離遷移或殘留原地，這兩個系列的元素主要組成硅酸鹽或氫氧化物礦物，所以殘積物中多含SiO2 和Fe，Al的氫氧化物或含水氧化物。


表5-1 元素的遷移系列

（據А.И.彼列爾曼，1975，簡化）
（三）生物風化作用的產物
生物風化作用的產物包括兩部分：一部分是生物物理風化作用形成的礦物、巖石碎屑，在成分上與原巖相同；另一部分是生物化學風化作用的產物，其特征是在物質成分上與原巖不一樣。生物風化作用的一種重要產物就是土壤，確切地說它是物理、化學和生物風化作用的綜合產物，但尤以生物風化作用為主，使其富含腐殖質。土壤一般為灰黑色、結構松軟、富含腐殖質的細粒土狀物質，與一般殘積物的主要區別在于含有大量腐殖質，具有一定的肥力。
（四）風化殼
地表巖石經物理、化學、生物風化的長期作用，形成由風化產物組成的、分布于大陸基巖面上的不連續薄殼，稱為風化殼。風化殼覆蓋在陸地表面，由于表層和下部的巖石所經受的風化強度不一樣，表層的風化程度要深，而下部的風化程度要淺，因此，在剖面上自上而下的風化產物在成分和結構上都有明顯的差異，所以風化殼在剖面上可以分為若干層。如以花崗巖的風化殼為例，一般自上而下可分為四層（圖5-6）。


圖5-6 風化殼剖面

Ⅰ—土壤層；Ⅱ—殘積層；Ⅲ—半風化層；Ⅳ—基巖
（1）土壤層
呈深褐灰色，質細且疏松，富含腐殖質，植物根系較多。原巖的礦物成分、結構基本消失。厚薄不一，一般以20～50 cm較多。常是綜合風化作用的結果。
（2）殘積層
呈黃褐、褐紅色，質細松軟，原巖的結構、構造消失，主要由黏土礦物組成，一般不含腐殖質。原巖中的黑云母風化成蛭石，長石類礦物風化成高嶺土等。以化學風化作用為主。
（3）半風化層
呈淡褐色，原巖的結構、構造部分保存，但巖石已松軟。巖石的部分礦物成分發生變化。
（4）基巖
未風化的原巖。
實際上，不同種類巖石形成的風化殼的分層也不一樣，有的分層很完整，如花崗巖、黏土巖等，而有的風化殼只有土壤層、殘積層，如灰巖等。
在風化殼剖面上這四層的界面是不清晰的，呈漸變過渡，且凹凸不平，這主要受巖石的性質及引起風化作用因素的影響。風化殼的構成（分層）和特點不僅受巖石性質的影響，還受氣候條件的影響。在不同氣候條件下，由于影響風化作用因素的不同，從而產生具有不同特征的風化產物，也就構成具有不同特點的風化殼。如寒冷地區形成碎屑型風化殼、濕熱地區形成磚紅土型風化殼等。
地質歷史時期形成的風化殼稱古風化殼。古風化殼常保存在巖層或沉積物中，如華北地區下奧陶統與上石炭統之間保存有一古風化殼；黃土高原的黃土中也保存有多個古風化殼。由于古風化殼形成后受到其他地表營力的剝蝕作用，多數保存不完整，厚度也很小。
（五）土壤
土壤是指地球表面陸地上能夠生長植物的疏松表層。土壤之所以能夠生長植物，是因為它具有一定的肥力。所謂土壤肥力就是指土壤具有長期不斷地供應和調節植物生長過程中所需要的養分、水分、空氣和熱量的能力。土壤一般是在風化殼（如山區土壤）和松散沉積層（如平原、盆地地區土壤）的基礎上，經生物及其他風化作用的綜合改造而形成的。


圖5-7 土壤剖面示意圖

A—表土層；B—淀積層；C—母質層
土壤的主要組成有腐殖質、礦物質、水分和空氣。腐殖質是生物、微生物遺體在風化產物中不斷聚集腐爛后變成的，它的存在與否是土壤與其他松散堆積物的主要區別。土壤中的礦物質由風化過程中形成的和殘存的各種黏土礦物以及石英、長石、角閃石、云母等組成，這些礦物質與土壤中的腐殖質、水分和空氣相互作用，使土壤性質多變，形成復雜的肥力性狀。土壤的厚度一般50～60 cm到1～2 m，最厚可達10 m以上。發育成熟的土壤剖面，根據其成分、顏色和結構特點，自上而下可分為三層（圖5-7）。
（1）表土層
有機質豐富，由于腐殖質的積聚常呈暗色，為黑、灰、淺灰色，是耕作的對象。在該層的上部，腐殖質相對富集，顏色也相對較暗，被稱為腐殖質層；該層下部，由于風化和水的向下淋濾作用，造成物質的淋溶，顏色較上部要淺，被稱為淋溶層或淋濾層。
（2）淀積層或心土層
有機質較表土層低，由于雨水不斷滲入，從上層淋濾下來的部分物質在這里沉淀。淀積的物質主要有氧化鐵、氧化鋁、腐殖質、石膏和碳酸鈣等。本層很少受到耕作的影響，但是其性質在很大程度上決定土壤肥力。
（3）母質層
受生物風化或改造作用較弱，在基巖風化殼剖面中相當于殘積層和半風化層，在松散沉積物剖面中相當于未受生物改造或改造很弱的沉積層，該層與淀積層呈過渡關系。
在不同地區、不同氣候條件下土壤的特征是不同的。主要的土壤類型有紅壤、黃壤、棕壤、褐土、黑土、黑鈣土、粟鈣土、荒漠土、冰沼土、水稻土和鹽堿土等。土壤的類型與分布主要與氣候帶有關。不同的土壤類型可反映其形成時的不同氣候環境，如我國東北地區分布的黑土與黑鈣土主要形成于溫帶—寒溫帶氣候，我國南方地區分布的紅壤與黃壤主要形成于熱帶—亞熱帶的濕熱氣候，我國西北地區分布的粟鈣土和鹽堿土主要形成于干旱或半干旱氣候。土壤不僅現在可以形成，在地質歷史時期也可形成，那稱為古土壤，它們保存在沉積物或巖層中，是研究和恢復古氣候、古環境的重要依據。