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出版者:地质大学

作者:焦述强

出品人:

页数:308

译者:

出版时间:2006-12

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787562521587

丛书系列:

图书标签:

• 地球科学
• 地质学
• 地理学
• 环境科学
• 自然科学
• 科学普及
• 基础知识
• 地球
• 行星科学
• 地貌学

地球科学前沿探索：板块构造、地幔对流与行星演化 图书简介 本书旨在为对地球系统科学抱有浓厚兴趣的读者提供一个全面而深入的视角，聚焦于地球内部动力学、构造过程的精细化理解以及行星尺度的演化机制。我们避免采用基础教材的叙事模式，而是直接切入当前地球科学研究的核心议题与前沿进展，探讨驱动地球表面剧烈变化的深层力量。 本书的结构围绕三大核心支柱构建：深部地球的物质循环与热力学行为、板块构造的驱动机制与地幔对流的复杂性，以及地质时间尺度上的行星构造与气候耦合。 第一部分：深部地球的物质状态与热动力学 本部分深入剖析了地幔和地核的物理化学性质，这些性质直接决定了地球的动态行为。 1.1 矿物物理学与地幔的过渡带 我们详细考察了地幔主要矿物（橄榄石、尖晶石结构等）在高压高温下的相变行为。重点讨论了$410 ext{km}$和$660 ext{km}$间两个关键过渡带的形成机制及其对地震波速异常的贡献。通过实验矿物学和计算模拟的结果，我们重建了不同地幔层（上地幔、过渡带、下地幔）的粘滞度、密度和热膨胀系数的精细梯度。特别关注了含水矿物（如布里奇曼石、洋ite）在深部对岩石圈俯冲的润滑作用及对地幔熔融的激发效应。 1.2 地核的液态运动与磁场的起源 本书将对地核的对流机制进行详细阐述。通过最新的地球磁场古地磁记录与现代地核结构模型（如CMB的电导率分布），我们探讨了液态外核中热对流、化学分异驱动的浮力（特别是轻元素释气）与科里奥利力之间的复杂相互作用如何产生地球发电机效应。讨论了地核-地幔边界（CMB）上的热边界层（Thermal Boundary Layer, TBL）的形成与演化，该边界层被认为是地幔柱起源的重要热源区域。 1.3 放射性成因与深部热流 我们量化了地幔中关键放射性同位素（$^{238} ext{U}, ^{235} ext{U}, ^{232} ext{Th}, ^{40} ext{K}$）的衰变热在维持地幔物质塑性流动中的关键作用。通过地球热流测量和地幔热模型约束，评估了地幔热对流体系的能量预算。书中引入了非线性热传导模型，以解释地幔中局部热点与全球背景热流之间的差异。 第二部分：板块构造的驱动力与地幔对流的拓扑结构 本部分超越了简单的“拉-推”模型，专注于驱动板块运动的深部机制以及地幔流场的复杂性。 2.1 俯冲带的动力学：岩石圈的弯曲与断裂 重点分析了俯冲带中大洋岩石圈的弯曲力矩（Bending Moment）和俯冲过程中 Slab Pull 的精确量化。我们讨论了“平板俯冲”（Flat-slab subduction）与“陡峭俯冲”的构造控制因素，包括俯冲带上方地幔楔的粘滞度以及俯冲板块的年龄和水含量。此外，书中还涉及了俯冲过程中脱水作用如何引发上覆楔形地幔的熔融，从而形成岛弧火山活动。 2.2 地幔柱的形成、上升与“板内”构造的关联 本书对地幔柱（Plumes）的起源提出了多重解释，涵盖了从CMB处热堆积到过渡带释放的各种模型。通过数值模拟，我们揭示了地幔柱上升过程中与周围地幔的物质交换、分支结构以及它们如何影响地表岩石圈的应力场，进而诱发大陆裂谷和热点火山活动。对比了“固定热点”模型与“上升物质团块”模型的观测证据。 2.3 地幔对流的非均匀性与“超级地幔柱团” 现代地球物理成像（如全地球地震层析成像）揭示了地幔对流并非均匀的单尺度系统。本部分集中讨论了如非洲地幔异常体（LLSVP）和太平洋地幔异常体（LIPs）等巨型低速带的结构、稳定性和对地表构造的长期影响。分析了这些大型结构如何有效地阻碍或引导深部物质的垂直运输，从而影响了地幔的整体热结构。 第三部分：行星尺度的构造演化与环境耦合 最后一部分将视角拉伸到更长的时间尺度，探讨构造活动与地球表层系统的相互反馈作用。 3.1 大陆地壳的增生与汇聚带的演化 探讨了造山带的形成机制，区分了不同类型的地壳缩短（如伸展诱发的叠瓦构造与挤压碰撞造山）。详细分析了大陆碰撞过程中地幔楔的撤离（Slab Breakoff）对造山带热结构和地表隆升的控制作用。引入了“构造剥蚀”（Tectonic Exhumation）的概念，解释了高压变质岩如何在短地质时间内快速暴露于地表。 3.2 构造活动与全球气候的长期反馈 本书探讨了地球构造周期（如超大陆旋回）如何通过改变海平面、驱动风化速率（碳循环的负反馈）以及影响大洋环流模式来调控数亿年的气候变迁。特别关注了火山活动释放的温室气体与硅酸盐风化速率之间的动态平衡，这是理解宜居性演化的关键。 3.3 行星对比：地球的“板块构造”独特性 为理解地球的动态性，本书将简要对比金星和火星的构造模式。通过分析这些类地行星缺乏或丧失板块构造的原因（例如缺乏水、缺乏有效的润滑作用、或热耗散机制的差异），反向论证了地球表面持续活动的必要条件——水、板块的冷硬性、以及地幔的特定粘滞度分布。 本书内容深度依赖于高精度地震学数据、高压实验结果、放射性同位素示踪技术以及大规模数值模拟的最新成果，致力于为读者描绘一个动态、复杂且相互关联的地球系统图像。

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作为一名对地质灾害管理颇感兴趣的读者，我对《基础地球科学》中关于地震和滑坡的部分感到非常失望。我希望了解的是先进的地震预警系统是如何利用P波和S波的速度差来快速定位震中，以及应力场在地壳中的动态积累和释放模型，比如经典的弹性回跳理论在现代构造带上的修正应用。这本书对地震的描述，似乎停留在几十年前的科普水平，只是简单地解释了板块边界的摩擦和断层滑动。对于地震危险性评估中常用的概率模型、场地效应分析中土壤液化的判定标准，这些与现代工程和安全管理息息相关的核心内容，竟然没有得到应有的重视。同样，在谈到滑坡时，它只是泛泛地提到了坡度、降雨和岩性这几个因素，却完全避开了边坡稳定性分析中至关重要的有效应力原理、摩阻角和内聚力参数的具体应用，那些才是决定一个斜坡是否会失稳的关键所在。这本书在实用性和前沿性上，实在是有愧于“基础”二字的严肃性要求。

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我对地质年代学和同位素测年法的理论基础抱有极大的兴趣，这部分内容往往是理解地球漫长历史的关键。因此，在阅读《基础地球科学》中关于年代测定章节时，我几乎是带着期待去寻找关于放射性衰变定律的精确数学阐述，以及不同放射性同位素对不同岩石类型和时间跨度的适用性分析。这本书给出的解释，非常粗糙，只是简单地引入了“半衰期”这个概念，然后就草草收场。例如，对氩氩定年法中如何通过氩气同位素比值校正大气背景氩的干扰过程，或者铀铅定年法中如何处理复杂的衰变链平衡问题，这些技术核心都没有被清晰地揭示出来。我甚至没有看到一个像样的、能帮助理解如何绘制同位素地球化学图表的图例说明。这使得我对地球时间尺度的理解，依然停留在初中水平，无法建立起一个坚实的、可量化的认知框架，这对于任何想要认真研究地质演化史的人来说，都是一个巨大的障碍。

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我手里捧着这本《基础地球科学》，心里涌起一股强烈的挫败感，仿佛被领进了一个巨大的图书馆，却只允许我阅读目录。我对地球科学的热忱主要集中在古气候学领域，特别是冰期和间冰期的自然交替规律及其对生物圈的长期影响。我期待能看到米兰科维奇旋律曲线的详细数学模型，以及如何通过深海沉积物中的氧同位素比率重建过去数十万年的全球冰量变化。然而，这本书在气候部分的处理显得极其肤浅，仅仅提到了温室气体和温室效应的简单概念，完全没有涉及复杂的耦合反馈机制，比如云层反射率对温度变化的调节作用，或是海洋环流对热量再分配的关键角色。更不用说对古磁学在确定地质年代上的应用，那更是只字未提。读完这部分内容，我感觉自己对地球这个复杂系统的认知并没有得到实质性的提升，反而对那些更前沿、更扣人心弦的地球演化动力学产生了更大的疑惑，因为这本书完全没有提供任何深入探究的线索或工具。

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这本《基础地球科学》实在是令人有些意犹未尽。我原本期待能深入了解板块构造如何塑造我们脚下的山脉，或者火山喷发背后的复杂化学反应，但这本书似乎更像是一份宏观的导览手册，蜻蜓点水般地触及了各个领域，却缺乏让人能真正沉浸其中的细节。例如，在谈到矿物学时，它罗列了常见的硅酸盐和氧化物，给出了它们的晶体结构图，但我翻遍了也找不到关于岩石圈地幔中橄榄石在高压下相变机制的深入讨论，或者关于特定矿物在地球深处形成环境的动力学模型。对我来说，一个真正扎实的地球科学入门读物，应该能引导读者理解“为什么”而不是仅仅知道“是什么”。我希望能看到更多关于地球物理勘探中的波速变化与地下介质成分之间的定量关系分析，或是地热梯度如何影响地壳变形的实例研究。这本书在提供基础知识的广度上做得不错，但深度上实在欠缺，读完后总觉得好像站在了知识的边缘，渴望更进一步，却找不到那把深入探索的钥匙。它更像是一本为非专业人士准备的科普读物，而不是一本真正意义上的“基础”教科书。

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这本书的叙事节奏把握得非常糟糕，读起来断断续续，缺乏内在的逻辑连贯性。它在介绍水圈科学时，一会儿跳到河流侵蚀，一会儿又突然插进来一段关于潮汐形成的引力计算，然后又迅速转到地下水的补给与排泄过程，让人抓不住重点。特别是关于海洋化学的部分，简直是一团乱麻。我试图理解海水酸化对珊瑚礁生态系统的影响，这本书只是笼统地提到了二氧化碳溶解度的问题，但对于碳酸盐离子浓度的具体变化路径、生物利用度如何影响钙化速率的详细化学方程式和实验数据却一个都没给出来。这让我非常困惑，因为地质过程的魅力恰恰在于其内在的、环环相扣的机制。一本优秀的教材应该像一个精心铺设的迷宫，每一步的探索都自然而然地引向下一个更深奥的谜题，但《基础地球科学》给我的感觉更像是一堆零散的知识卡片被随意丢弃在桌面上，需要我自己去费力地重新拼凑一个不完整的图景。

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