1.從地中海鑽探開始

20世紀70年代，研究人員在地中海海底鑽了一個1km深的洞，他們發現了被河流帶入海底的粘土、沙子和礫石，以及浮游生物死亡後從海水中沉澱下來的外殼。但他們也發現了厚厚的岩鹽層和石膏層，這些鹽類的存在使研究人員感到困惑，因為要形成它們，地中海就必須蒸發好幾次。這真的會發生嗎?

地中海海底沉積物的橫截面；地中海盆地最深處是鹽湖，其餘部分是沙漠

答案證明是肯定的。幾百萬年前，非洲板塊與歐亞板塊碰撞，阻塞了大西洋和地中海的通道：直布羅陀海峽，導致地中海乾涸成了一個2km深的盆地。盆地一直保持乾燥，直到大西洋的海平面上升，海水重新填滿了地中海。隨著時間的推移，海平面的上升和下降，海水的填充和乾涸過程重複了多次。

地質學家把在地中海海底發現的粘土、砂礫、沙子、貝殼堆積和鹽視為沉積物。更準確地說，沉積物由以下一種或多種物質組成：岩石或礦物的鬆散碎片，貝殼和貝殼碎片或者直接從水中沉澱的礦物晶體。任何這些物質的鬆散碎片都被稱為碎屑(clast：來自希臘語klastos)。

碎屑有各種大小，小的用顯微鏡也看不見，大的有汽車大小，甚至更大。每個碎屑大小類別都有一個名稱。顆粒這個術語可以作為碎屑的同義詞，也可以作為礦物單晶的同義詞。

不同直徑碎屑的名稱

在地中海海底鑽孔的研究人員也注意到海底沉積物的特徵隨著深度的變化而逐漸變化。在上面幾百米，沉積物是鬆散的，這意味著它很容易分離成顆粒。在更深處，沉積物被加固，這意味著它的顆粒被打包在一起。再往深處，從水中析出的礦物質填滿了沙粒之間的空隙，將沙粒粘在一起。結果，沉積物變成了堅硬的沉積岩。沉積物和沉積岩就像歷史書上的書頁一樣，記錄著地球過去的故事。

2.風化和沉積物的形成

你見過矗立在外面很久的古老大理石雕像嗎？仔細觀察，你會發現雕刻家辛辛苦苦創造的細節已經變得模糊，石頭上已經形成了裂縫。在地球表面附近暴露的岩石會在空氣和水等的化學和物理作用下弱化。岩石的破裂和破碎稱為物理風化(或機械風化)，岩石與空氣和水的化學反應稱為化學風化。風化最終導致新鮮的岩石，分解並變成新的沉積物。

風化作用的證據：顯示風化影響的雕像；露頭顯示了風化花崗岩和新鮮花崗岩之間的對比

2.1物理風化的過程

物理風化過程始於岩石中自然裂縫或節理的形成。節理的發育有很多原因。例如，當侵蝕移除覆蓋層(上覆岩石)時，曾經在地表以下許多公里的岩石會上升到較淺的深度。在這個過程中，岩石經歷了輕微的膨脹和冷卻，由此引起的形狀變化會導致岩石破裂。

幾乎所有的岩石都有節理，節理的間距從釐米到米不等。在沉積岩中，某些節理垂直於層理，岩石破碎成矩形塊體。在均質結晶岩石中，如花崗岩，剝落節理將岩石劈裂成洋蔥狀的薄片。

垂直的節理將沉積岩床分解成一塊塊；花崗岩山坡上的剝落節理把岩石打碎成洋蔥狀的薄片

許多現象導致了節理的拓寬和延長。例如，當困在節理中的水結冰和膨脹時，它迫使節理開啟，這個過程稱為冰楔作用。長在節理處的樹根也會將關節推開，這個過程稱為根劈作用。節理的發展最終會把以前完好無損的基岩變成單獨的巖塊。

這些巖塊從基岩中分離出來，沿著斜坡向下翻滾，通常在下落時碎裂成更小的巖塊。物理風化也可以作用於顆粒。例如，在乾燥的氣候或沿海岸，鹹水滲入岩石。當水蒸發時，鹽以晶體的形式沉澱在岩石內部的細孔中。鹽晶體的生長引發撐裂作用，將周圍的顆粒分開。這一過程削弱了岩石，因此當它暴露在風雨中，它會分解成獨立的顆粒。

冰楔作用、根劈作用、撐裂作用

2.2化學風化

化學風化以空氣和水中的分子破壞岩石中的礦物化學鍵的方式進行，這種反應的例子包括:

2.2.1溶解

在溶解過程中，礦物在水溶液中分解成離子。反應主要影響相對可溶性的鹽類和碳酸鹽類礦物，但即使是石英顆粒最終也會輕微溶解

2.2.2水解

在水解過程中，與水的反應分解了現有礦物併產生新礦物。例如，水解將長石和許多其他矽酸鹽礦物轉變成粘土

2.2.3氧化

含鐵礦物與大氣中的氧或溶於水中的氧發生反應，導致岩石氧化或“生鏽”，產生一種弱氧化鐵(weak iron oxide)和氫氧化鐵礦物的紅褐色混合物。

2.2.4水合作用

當水分子和礦物晶體形成化學鍵時發生水合作用。水分子和其他化合物之間的化學鍵往往比其他型別的化學鍵弱，所以水合作用削弱了礦物質

最近的研究表明生物在某些環境的化學風化過程中起著重要作用。例如，植物、真菌和地衣的根分泌有機酸，溶解岩石中的礦物質。一些細菌和古生菌確實是把礦物當午餐吃：它們從礦物質中提取分子，並利用化學鍵產生的能量來支援它們的新陳代謝。

當水分子從顆粒表面吸收離子時，就發生溶解；Ireland石灰岩表面的節理溶解形成了這些溝槽

2.3物理和化學風化共同作用

在自然界中，物理風化和化學風化通常是共同作用的。物理風化加速了化學風化，透過破碎岩石，它提供了更多與空氣或水接觸的表面積。反過來，化學風化加速了物理風化，透過溶解將岩石顆粒粘合在一起的膠結物，或者透過將長石等硬礦物轉化為粘土等軟礦物。這兩種過程都使岩石變弱，使岩石更容易解體。

物理和化學風化作用

並非所有的岩石都有相同的成分或包含相同數量的節理，所以不同的岩石以不同的速率風化，這種現象被稱為差異風化。你可以很容易地看到墓園不同風化的後果。

花崗岩墓碑上的碑文幾個世紀以來都清晰，而大理石墓碑上的碑文在幾十年內就會變得模糊。這是因為花崗岩含有大量的石英和其他耐用的礦物，而大理石由方解石組成，在酸性雨水中相對容易溶解。由於不同的風化作用，由抵抗風化能力不同的岩層組成的懸崖呈階梯狀或鋸齒狀。

差異風化

此外，風化作用只從一個方向攻擊平坦的岩石表面，從兩個方向攻擊一個邊緣，從三個方向攻擊一個角落。因此，風化在邊緣發生得更快，在角落甚至更快，所以隨著時間的推移，塊的邊緣會變鈍，角落會變圓。

風化可能導致圓形