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出版者:Davies Inc

作者:Bean, Barton A. (EDT)/ Ridgway, Donald P. (EDT)/ Salles-Cunha, Sergio (EDT)/ Zagzebski, James A. (ED

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:

价格:425.00

装帧:Pap

isbn号码:9780941022545

丛书系列:

图书标签:

• 血管物理学
• 血液动力学
• 生物力学
• 微循环
• 血管力学
• 医学物理学
• 生物流体力学
• 心血管系统
• 血管疾病
• 超声成像

《大地脉动：地球深部流体力学与地质形变》 作者： 约翰·哈德森 / 玛丽亚·桑切斯 出版社： 环球科学出版社 页码： 880页 定价： 498.00 元 --- 内容简介 《大地脉动：地球深部流体力学与地质形变》是一部深入探讨地球内部物质运动规律的综合性专著。本书突破了传统岩石学和构造地质学的局限，将流体力学、热力学和材料科学的前沿理论框架系统地应用于地球物理学研究，旨在揭示地幔对流、板块运动的驱动机制、岩浆房的演化动力学，以及由此引发的地震与火山活动背后的物理过程。 本书的核心在于构建和应用多尺度、多物理场的数值模型，以模拟地球内部在极端压力和温度条件下的复杂流变行为。我们不再将地幔视为一个简单的粘滞介质，而是将其视为一个具有复杂非线性本构关系、包含多相态转变和化学反应的动态系统。 全书共分为七大部分，结构严谨，逻辑清晰，内容涵盖了从微观晶格扩散到宏观板块构造尺度的所有关键物理过程。 --- 第一部分：地球深部介质的本构关系与输运过程 (约 250 页) 本部分奠定了理解地球动力学的流体力学基础。重点剖析了在地壳、地幔和地核边界条件下，岩石和熔体材料的本构方程。 1. 极端条件下的岩石流变学： 详细阐述了扩散蠕变（Nabarro-Herring/Coble 蠕变）、位错蠕变（电源律粘滞性）以及晶体塑性理论在俯冲带和地幔柱上升过程中的应用。我们引入了新的实验数据，修正了高压下阿伦尼乌斯型激活能的参数化模型，特别关注了含水矿物（如布里奇曼石和林伍德石）对地幔粘滞性的显著影响。 2. 熔融与结晶动力学： 探讨了部分熔融如何影响地幔的有效粘度。通过非平衡态热力学原理，模型化了岩浆房内液相和固相之间的质量和能量交换速率，解释了深源玄武岩浆如何绕过或穿透上地幔的阻力层。 3. 传热传质机制： 深入分析了热对流、辐射传热在热力学梯度极大的地核-地幔边界（CMB）附近的作用。引入了化学扩散在矿物反应界面上的耦合效应，这是理解地幔柱成因和地幔混合的关键。 --- 第二部分：地幔对流的数值模拟与观测约束 (约 300 页) 这是本书的理论核心，集中于如何将流体力学方程组（纳维-斯托克斯方程的广义形式）求解于球形地球几何中。 4. 全球尺度的对流模型： 建立了高分辨率的三维有限元模型，模拟了从层状对流到整体对流的转变过程。特别关注了地幔层顶（410 km 和 660 km 间断面）的有效边界条件，以及温度依赖性、应力依赖性粘度对对流模式的控制作用。展示了模型如何重现地幔柱的成核与演化，以及俯冲板片沉降的非线性动力学。 5. 驱动力与板块运动耦合： 详细分析了俯冲拉力、拖曳力、浮力驱动力（Slab Pull, Ridge Push, Plume Push）之间的能量平衡。本书提出了一种新的“粘滞耦合模型”，解释了海洋岩石圈在俯冲过程中的“弯曲和破裂”机制，并将其与地震活动带（如海沟附近的深源地震）的时空分布进行精确对应。 6. 地幔结构与波速异常的逆向分析： 利用地震层析成像数据（如来自 S 波速度的异常区域）作为模型的约束边界条件。通过数据同化方法，反演出不同深度的有效粘度场，揭示了活跃造山带下地幔的低速区更可能是热异常还是化学异相结构。 --- 第三部分：岩浆房动力学与火山活动的物理机制 (约 200 页) 本部分聚焦于熔融物质在岩石圈尺度上的迁移、聚集和喷发过程。 7. 岩浆上升与通道化： 使用浸入式边界法（IBM）和相场模型（Phase-Field Model）模拟了从地幔到地壳的岩浆上升过程。探讨了岩浆房的形成、合并和失稳（Destabilization）。重点分析了岩浆房内部的组分分离和热分异对最终喷出岩石化学成分的影响。 8. 喷发过程的流变学： 深入研究了岩浆从岩浆房快速上涌至地表过程中，粘度、气体挥发性和压力释放的相互作用。建立了定量模型来预测火山爆发指数（VEI），特别是解释了为什么某些低粘度岩浆会产生爆炸性喷发（与气体成核和气泡动力学有关）。 --- 第四部分：地壳形变与应力累积的流体力学视角 (约 150 页) 该部分将目光投向了地壳，将其视为一个薄而复杂的流变层，置于地幔对流之上。 9. 地壳的非均匀响应： 模拟了地幔上涌或俯冲引发的构造荷载如何转化为地壳内的应力场。重点研究了剪切带的形成和演化，应用了能量最小化原理来确定剪切带的几何形态，解释了大陆漂移中转换断层的形成机制。 10. 准静态与瞬态形变： 区分了地幔驱动的长期（百万年尺度）构造运动与地震事件中的瞬态弹性/粘弹性响应。详细介绍了粘弹性半空间模型在解释地震后的余滑和地壳均衡调整中的应用。 --- 附录：计算方法与软件实现 (约 80 页) 附录提供了本书所用数值方法的详细数学推导，包括有限元网格划分策略、时间步长选择、以及处理高对比度粘度场和自由边界条件（如地表剥蚀或侵蚀）的数值技巧。附录附带了作者团队开发的开源模拟代码库（DynaGeo-FDM）的基本接口说明，旨在帮助研究人员复现和拓展文中的关键模拟结果。 --- 目标读者 本书面向地球物理学、岩石学、流体力学、材料科学及相关工程领域的博士研究生、博士后研究人员和资深学者。它不仅是深入理解地球深部过程的理论工具书，也是推动跨学科研究的桥梁。掌握本书内容，将使读者能够构建更加精确、物理基础更坚实的地球动力学模型。 --- 读者评价摘要 “这是一部里程碑式的著作，它将地球科学从描述性研究提升到了严格的、基于第一性原理的预测科学。” — 《地球科学前沿评论》 “作者成功地将复杂的流体力学方程转化为可以直观理解的地球物理现象，是理解板块构造驱动力的必备参考。” — 一位不愿透露姓名的普林斯顿大学教授

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这本书的装帧和印刷质量实在令人印象深刻，纸张的手感非常厚实，内页采用了哑光处理，这对于阅读大量图表和公式是至关重要的，不会反光，保护了我的老花眼。然而，内容本身却带着一种极强的、近乎偏执的聚焦性。我发现了一个非常有趣的点：书中完全没有提及任何关于“临床转化”或者“FDA审批流程”的讨论，这在生物医学工程的教材中是非常罕见的。它似乎完全活在一个纯粹的、理想化的物理世界里，对现实世界的约束和妥协视而不见。这种纯粹性是优点，因为它让你专注于理论的极致，但对于一个关注实际应用的研究者来说，你会感觉自己像是站在一个高高的象牙塔顶端，俯瞰着下方忙碌的临床试验，却提不出任何可立即投入使用的建议。如果你是那种喜欢钻研“为什么是这样”而非“如何应用”的理论狂人，这本书能让你心满意足，反之，你可能会觉得它过于“形而上”了。

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我第一次翻开这本书时，我以为我会看到一些关于血管造影和影像学处理的章节，毕竟书名里带有“物理”二字。结果大跌眼镜，里面几乎没有涉及任何电磁波或光学成像的内容。取而代之的是，作者花了大量篇幅去探讨“内皮细胞膜的量子隧穿效应如何影响血流阻力”——这听起来更像是科幻小说里的设定，而不是一本严肃的工程学读物。语言风格非常正式且古老，句子结构复杂，充满了从德语和拉丁语中借鉴来的学术词汇，阅读起来需要极高的专注度，我不得不反复查阅词典来理解一些核心概念。有一次我读到一半，不得不停下来，上网搜索了作者所引用的那个关于“微观湍流诱导的细胞凋亡”的实验，发现那个实验本身就极具争议性，但作者在书中却将其视为毋庸置疑的基础公理。这本书的价值在于它为你提供了一个全新的、甚至是有些离经叛道的视角去重新审视你所熟悉的领域。

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这本书简直是工程学的“黑魔法”教科书！我花了整整一个下午才勉强读完前三章，那复杂的流体力学模型和生物力学耦合分析，看得我头晕眼花。作者似乎对传统的有限元分析法嗤之以鼻，直接引入了一套全新的张量分析框架来描述血液动力学，这对于我们这些习惯了欧拉方程和纳维-斯托克斯方程的人来说，简直是一场思维上的地震。尤其是在第三章关于管壁弹性和血浆粘滞度非牛顿特性的建模部分，简直是数学的狂欢。我试图在书的索引里找找有没有关于标准生物材料力学的章节，结果发现它压根儿就不屑于提及那些基础知识，而是直接跳跃到了高维空间中的组织损伤预测。如果你想找一本能让你对“计算”这个词产生全新理解的书，这本书绝对是首选。它不是让你解决问题，而是让你重新定义问题本身。我怀疑作者是不是偷偷把爱因斯坦的某些未发表手稿混进去了，不然怎么能把如此抽象的概念具象化到如此地步。读完后我感觉自己对“力”这个字有了全新的哲学认识，虽然我的血管还是老样子。

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这本书的叙事风格简直就像是作者在用一种略带傲慢的口吻，向你展示他如何轻松地颠覆了过去五十年该领域的所有主流观点。我本来是想找一些关于血管修复支架材料的工程学优化建议，结果却发现书中花了大量篇幅讨论的是“相变材料在低剪切应力下的自适应重构”。这完全超出了我的预期，而且坦白说，也超出了我目前所在实验室的计算资源能力。内容极其密集，引用的文献列表本身就能写成一本小型综述，但奇怪的是，很多关键的推导过程都被作者用一句轻描淡写的“如拓扑学所揭示”给带过去了。这让人非常抓狂，你一方面佩服他宏大的视野，另一方面又极其想揍他一顿，让他把那个“拓扑学”的细节展开讲讲。它更像是一部理论物理的专著被硬塞进了生物工程的框架里，阅读体验是既兴奋又挫败，就像你看到了一份地图，但它只标注了起点和终点，中间的路线图需要你自己去开创。

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这本书给我最深刻的印象是它的“负面清单”——那些作者刻意回避或批判的传统理论。在导论部分，作者花了整整十页纸来论证传统的“一维简化模型”在描述动脉瘤的非线性扩张时是多么的粗糙和误导性，并且几乎将其彻底否定。这让我在复习我硕士期间的论文时感到一阵冷汗，仿佛我的所有工作都是基于一个错误的基石之上。全书的论证逻辑如同精密的钟表，每一个章节都紧密咬合，层层递进，但当你试图跳跃式地阅读某个你感兴趣的特定小节时，你会发现难度极大，因为没有一个部分可以被独立理解。它迫使你必须从头到尾，按照作者设定的路径前进。这种结构既是它力量的源泉，也是它阅读门槛高的原因。如果你是那种喜欢在书本中随意勾选重点章节来学习的人，这本书会让你感到挫败，因为它要求的是一种全身心的、线性的沉浸式学习体验。

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