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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Schlesinger, W.H. 编

出品人:

页数:720

译者:

出版时间:2005-6

价格:740.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780080446424

丛书系列:

图书标签:

• Biogeochemistry
• Ecology
• Environmental Science
• Geochemistry
• Biology
• Chemistry
• Earth Science
• Environmental Chemistry
• Ecosystems
• Carbon Cycle

《地球的生命之歌：环境化学的宏大叙事》 导言：看不见的联系，塑造着我们呼吸的空气和脚下的土地 地球，这个蓝色的星球，其表面之上发生的一切，从微小的细菌活动到宏伟的山脉形成，无不交织着物质与能量的复杂循环。我们习以为常的河流、海洋、大气，乃至土壤深处，都隐藏着一场永不落幕的化学盛宴。本书并非聚焦于单一学科的边界，而是致力于描绘一幅宏大而精细的图景——环境化学如何作为连接生命科学、地质学、大气科学和水文学的桥梁，解释我们所处世界的动态平衡与潜在危机。 本书旨在为那些对自然界深层运作机制感到好奇的读者、正在环境科学领域深耕的学生以及寻求跨学科视角的专业人士，提供一个全面而深入的解读框架。我们将跳出传统的学科壁井，从元素循环的视角，去理解生命演化的驱动力，以及人类活动对这些自然过程造成的深远影响。 --- 第一部分：基础的构建——物质循环的动力学 环境化学的核心在于理解关键元素的迁移、转化和归宿。本部分将从最基础的物质循环系统入手，奠定理解后续复杂环境问题的化学基础。 第一章：碳的永恒之旅——从深海到大气 碳元素是地球生命的基石，其循环的稳定与否直接决定了气候的宜居性。本章将细致剖析大气中的二氧化碳浓度如何受到生物圈（光合作用、呼吸作用）和岩石圈（风化作用、沉积作用）的调节。我们深入探讨海洋在碳汇能力上的双重角色——物理泵与生物泵的效率，以及海洋酸化对钙化生物的连锁影响。特别关注工业革命以来，人为排放如何打破了数万年形成的碳平衡，驱动气候系统的快速变化。章节内容将涵盖同位素示踪技术在解析古代气候记录中的应用。 第二章：氮与磷的生命之限——生物可利用性的化学 氮（N）和磷（P）是限制陆地和水域生态系统生产力的关键营养元素。然而，将它们从惰性形态转化为生物可利用形态（如硝酸盐、铵盐、磷酸盐）的过程，往往需要巨大的能量输入或特定的微生物活动。本章将详细解析大气氮的固定过程（固氮酶的化学机制），以及人类活动（化肥工业、化石燃料燃烧）如何通过“汉-柏过程”和含氮氧化物的排放，过度富集这些营养盐。对于水体而言，我们将探讨富营养化的化学驱动力，以及厌氧条件下氮的反硝化作用在生态系统健康维护中的作用。 第三章：硫与磷的沉积地质学 硫元素的循环涉及火山活动、海洋蒸发、微生物的氧化还原反应。本章将重点关注酸雨的化学成因——二氧化硫（SO2）在大气中的氧化路径，以及其对土壤、水体和建筑物的腐蚀效应。同时，我们将讨论硫在沉积物中的埋藏与释放，这对于理解古代海洋环境的氧化还原状态至关重要。我们将探讨含磷矿物的溶解与沉淀，解释其在水体沉积物中“长期储存库”的形成过程，以及底泥释放对上覆水体生态系统的潜在威胁。 --- 第二部分：人造污染物的化学足迹 当自然循环的速率被人类活动超越时，物质便以“污染物”的形式出现，对生态系统健康构成威胁。本部分聚焦于特定人为污染物的化学行为和环境归宿。 第四章：重金属的生物地球化学行为 铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等重金属因其持久性、生物累积性和毒性而备受关注。本章分析这些元素在不同pH值和氧化还原电位下的溶解度、吸附作用（在土壤和沉积物中的固定）以及络合反应。我们将详细探讨汞在环境中的甲基化过程——一个由微生物介导的剧毒转化，解释其如何通过食物链逐级放大（生物放大作用）。章节内容将涉及矿业开采、燃煤发电厂和工业废水排放如何成为重金属进入环境的主要途径。 第五章：持久性有机污染物（POPs）的持久战 DDT、多氯联苯（PCBs）等有机污染物因其高脂溶性、低水溶性和对紫外线辐射的抵抗力而被称为“持久性有机污染物”。本章研究这些物质在环境介质中的分配系数（Kow），解释其如何优先富集在生物脂肪组织中，并跨越大陆进行长距离大气传输。我们将分析其光解和生物降解的化学障碍，并结合蒙特利尔议定书和斯德哥尔摩公约，评估全球治理化学污染物的历史经验与挑战。 第六章：新兴的化学挑战——内分泌干扰物与微塑料 现代化学工业带来了新型的、难以被传统监测方法捕捉的污染物。本章聚焦于内分泌干扰物（如双酚A、邻苯二甲酸酯），探讨它们如何以极低的浓度干扰生物体的激素系统。此外，我们还将探讨塑料污染的化学维度——微塑料的来源、在水体中的分散机制、其作为载体吸附其他污染物的潜力，以及聚合物本身在环境中的降解（或难以降解）特性。 --- 第三部分：环境界面的化学反应与过程控制 环境化学的复杂性在于物质在不同相态（气相、液相、固相）交界面上发生的复杂反应。本部分探讨这些关键界面的化学控制力。 第七章：大气化学与气溶胶的形成 大气并非一个均匀的混合物，而是充满着反应活性物种的复杂化学反应器。本章深入探讨臭氧（O3）的生成与破坏循环（光化学烟雾）、羟基自由基（•OH）作为大气“清道夫”的作用。重点分析气溶胶（细小颗粒物）的形成机制，包括成核过程和表面吸附过程，以及它们对太阳辐射和云形成的直接与间接气候效应。 第八章：水环境中的氧化还原与酸碱平衡 水体的化学性质决定了其中溶解物质的可利用性与毒性。本章详细阐述水相中的酸碱平衡（缓冲体系），以及氧化还原电位（Eh）如何控制溶解态金属的形态变化（如Fe(II)到Fe(III)的转化）。我们将运用Nernst方程的原理，解释在深层地下水或缺氧沉积物中，关键元素（如锰、硫）的化学形态如何驱动微生物代谢，从而影响水质。 第九章：土壤与沉积物作为化学反应器 土壤是地球上最活跃的化学反应界面之一。本章侧重于土壤胶体（粘土矿物、有机质）的表面化学性质——电荷、点荷和表面官能团。我们将详细分析阳离子交换能力（CEC）和阴离子吸附的作用，解释污染物在土壤中的滞留和淋失风险。沉积物作为历史记录和营养物质的暂存库，其界面上的微生物介导的化学反应是控制水体健康的最终屏障。 --- 结论：走向可持续的化学未来 本书的最终目标是提供一种视角，即环境问题本质上是化学平衡被打破的体现。理解这些循环的化学机制，是开发有效环境修复技术（如生物修复、化学沉淀）和制定负责任资源管理策略的前提。我们呼吁读者，不仅要关注环境问题的表象，更要深入探究驱动这些现象背后的基本化学原理，从而在应对气候变化、水资源短缺和污染控制的宏大叙事中，做出基于科学的、审慎的决策。 本书特色： 案例驱动： 结合了著名的环境事件（如切尔诺贝利事故的同位素示踪、五大湖的富营养化历史）来阐释理论。 定量分析： 强调热力学和动力学在预测环境过程中的应用，而非仅停留在定性描述。 跨学科深度： 均衡地融合了化学反应工程、微生物生态学和地质年代学的视角。

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