碳酸盐岩主量元素的特点是富Ca、Mg和贫Si、Al，这也是碳酸盐岩与其他类型岩石在主量元素含量上的最大差异。特别是碳酸盐岩中Si的贫乏，使碳酸盐岩风化成土地球化学过程中呈现出其特有的早期富Si的地球化学过程和阶段。
波雷诺夫（Б.Б.Ποлынов，1934、1948）和佩雷尔曼（А.И.Πерельман，1962）研究了元素在风化过程中的迁移作用后，提出不同的化学元素从风化壳岩石中淋滤时有不同的活动性。这种活动性可用元素在水中的迁移系数来表达，即河水中元素的平均含量（mg/L）比该河流域岩石中元素的含量（%）与河水中矿物质残余物（mg/L）的乘积。根据迁移系数排出风化过程中元素的迁移系列等级（表5-1）。元素在风化成土过程中的活动性使碳酸盐岩风化成土地球化学过程显现出明显的阶段性特点，主量元素也表现出不同的地球化学行为和特点。
表5-1 某些元素水迁移系数
硅属于在碳酸盐岩风化成土过程中活动性较弱的元素。硅在碳酸盐岩中含量较低，主要呈硅质结核或微粒石英形式存在，而在风化壳中SiO2是主要的化学组分，含量在23%～68%。在风化壳剖面垂向分布上也有一个由逐步增加到减少的特点，表明在碳酸盐岩风化成土地球化学进程中，主量元素硅有一个由相对富集到迁移淋失的地球化学演化过程，即经历了明显的富硅和脱硅的两个地球化学阶段。碳酸盐岩风化成土作用初期，风化流体的pH值有一个急剧增加的过程，SiO2的溶解度也随之提高，从而使原岩中的SiO2能不断游离出来（也不排除地下水沿途溶解携带的SiO2），呈两种形式赋存于风化壳中，一是呈硅氧四面体骨架与Al2O3等主量元素结合形成粘土矿物；二是继续呈微粒石英形式残留于风化壳中。随着风化成土作用的持续发展，淋滤作用增强，风化壳中残积微粒石英的存在也提高了风化壳的渗透性。风化成土作用早期形成的粘土矿物（如高岭石等）和残积的石英被分解破坏和溶解，SiO2呈水化物或弱硅酸盐状态转入风化流体而游离出来，使风化壳中的硅发生淋失变化，这是各类岩石风化成土作用进入红土化阶段的共同演化特征，即富铝脱硅作用。其可能发生的化学反应为：
碳酸盐岩风化成土作用及其环境效应
20世纪60年代Garrels和Christ计算的三水铝石-高岭石系统在25℃和1个大气压下的稳定范围表明，三水铝石与高岭石之间在“溶解的SiO2”（指硅酸H4SiO4）大致为2×10-6浓度（活度）值时达到平衡；若“溶解的SiO2”（硅酸）低于这一数值时，同时溶液pH值增高（pH＞4），高岭石发生不一致的分解，残留下三水铝石，SiO2随溶液流失。
铝属于风化壳中活动性最弱的主量元素。碳酸盐岩红色风化壳的形成过程就是一个铝不断富集的过程，碳酸盐岩风化成土作用的最高阶段——红土化作用阶段也是以三水铝石的出现为标志的，但在不同的风化成土阶段，铝的地球化学行为和存在形式是不一样的。从矿物学角度，碳酸盐岩风化成土过程可划分为粘土矿物、铁锰氧化物矿物和三水铝石3个标志性矿物形成阶段。在碳酸盐岩风化成土早期的粘土矿物阶段，Al2O3主要与SiO2结合，形成高岭石、蒙脱石和含水高岭石等粘土矿物，至于形成何种粘土矿物则主要取决于风化成土流体和pH值。在酸性流体（pH=3.5～5.7）条件下，形成高岭石；在弱酸性流体（pH=5.7～6.5）条件下，形成多水高岭石；在弱碱性流体（pH=7.5～8.5）条件下，形成蒙脱石。随着碳酸盐岩风化成土作用的持续发展，早期形成的粘土矿物被淋滤分解，Al2O3析出，与SiO2发生分离，这个阶段相对富集铁、锰，即铁锰氧化矿物形成阶段。在铁锰氧化物矿物形成阶段，铝主要呈类质同象形式进入铁锰氧化物矿物中。矿物学研究表明，碳酸盐岩红色风化壳中铁的氧化物、氢氧化物矿物如针铁矿、赤铁矿普遍存在铝的类质同象置换现象，部分Al对Fe的置换量可高达25%（摩尔数）左右。同时，也有部分从粘土矿物硅铝结构骨架中析出的Al2O3进入风化成土流体富集，呈凝胶胶体缓慢结晶形成三水铝石，标志着碳酸盐岩风化成土作用最高阶段——红土化作用阶段的开始。
铁属于风化壳中活动性弱的主量元素，Fe2O3和FeO在碳酸盐岩中含量不足0.5%，为次要组分，但却是红色风化壳的主要化学成分，在碳酸盐岩红色风化壳中一般含量在10%～25%，在红色风化壳剖面中铁壳分布带可高达45%以上。碳酸盐岩风化成土过程中铁的富集主要集中在风化成土作用的中期，即铁锰氧化物矿物形成阶段。铁在碳酸盐岩中主要呈类质同象形式赋存于方解石、白云石等造岩矿物和副矿物中，在碳酸盐岩风化成土过程中随着碳酸盐岩造岩矿物和副矿物的分解而析出，部分呈类质同象形式进入粘土矿物晶格，大部分呈高价的水化物、氧化物和氢氧化物富集。铁的高价氧化物在pH=3和更大时沉淀，而低价氧化铁在pH=5～7时沉淀。由于在碳酸盐岩红色风化壳剖面最上部地带pH值一般在5左右，而所有以下各带的pH值大都在5以上，所以高价氧化铁矿物大都在风化壳上部富集，因此在野外常可见碳酸盐岩红色风化壳剖面上部有铁壳或铁质条带的分布。随着碳酸盐岩风化成土作用的持续发展，三水铝石出现和红土化作用开始，Al2O3成为三水铝石或一水铝石富集起来，Fe3+与Al3+发生分离，并伴随着部分铁的淋失和短距离迁移。
上述硅、铝、铁3个碳酸盐岩红色风化壳主量元素在风化成土过程中的地球化学行为表明，风化成土流体的pH值对元素在风化成土过程中的迁移和沉淀有很大影响。由图5-1可以看出Fe2O3仅仅在pH＜3的酸性溶液中溶解，实际上不能迁出风化壳。Al2O3易溶于强酸性和强碱性溶液，而在pH值为风化壳常有的4～9范围内时，Al2O3实际上是不溶的。SiO2的溶解度在pH=2～4时最小，在中性和碱性溶液中明显增大。Fe2O3、Al2O3、SiO2溶解度曲线与介质pH值变化之间的关系，很好地解释了铁、铝、硅在碳酸盐岩风化成土过程中的地球化学行为和碳酸盐岩红色风化壳剖面中铁、铝和硅的地球化学分带特征（斯米尔诺夫，1976）。
图5-1 Fe2O3、SiO2和Al2O3在风化壳中的溶解度和溶液pH值的关系比较
锰也属于风化壳中活动性较弱的主量元素。在碳酸盐岩风化成土作用过程中，分解析出的锰化合物都被氧化，主要成为Mn3+和Mn4+的氢氧化物，它们与Fe2O3具有相似的地球化学行为和演化特征，并与Fe2O3一起在风化壳上部富集，构成铁锰质条带或结核带。在碳酸盐岩红色风化壳中，MnO2常呈黑色皮壳微结核或黑色被膜赋存于铁壳及铁质结核表面并吸附一些由风化成土作用淋滤出的Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cr等微量元素。
钙和镁作为碳酸盐岩的主量元素，是风化壳中典型的活动性元素，在碳酸盐岩风化成土过程中，发生强烈淋出，由碳酸盐岩的主要化学成分（一般石灰岩中w（CaO）＞50%，白云岩中w（MgO）＞20%，w（CaO）＞30%）经过风化淋失到红色风化壳中上部残留不足1%。