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出版者:Taylor & Francis

作者:Montgomery, John H.

出品人:

页数:1752

译者:

出版时间:2007-4

价格:$ 350.24

装帧:HRD

isbn号码:9780849392764

丛书系列:

图书标签:

• Groundwater
• Water Chemistry
• Environmental Chemistry
• Hydrogeology
• Water Quality
• Contaminants
• Pollution
• Reference
• Geochemistry
• Environmental Science

岩石圈深处：地下水化学动力学与沉积物相互作用 一本深入探讨地下水系统内部复杂化学过程的专著 本书旨在为地质学家、水文学家、环境工程师以及对地下水化学有浓厚兴趣的研究人员提供一个全面而深入的视角，聚焦于地下水在岩石圈深部介质中流动的物理化学机制，以及这些机制如何塑造我们所见的水文地球化学特征。我们摒弃了对基础化学定律的简单罗列，转而深入探讨在真实地质环境下，极端条件（如高温、高压、极低渗透性）下物质迁移和反应的动力学规律。 本书的核心关注点在于地质屏障的有效性、地下水与围岩（特别是粘土矿物和碳酸盐岩）之间的界面反应，以及放射性核素和关键微量元素的长期迁移路径。 许多现有文献侧重于浅层含水层或特定的污染案例，而本书则着眼于更深层、更具地质学意义的环境，例如深层咸水区、盐水入侵区以及潜在的深层地质处置库环境。 第一部分：深层地下水的物理化学基础与热力学控制 本部分首先建立理解深层水化学的基础框架，但重点在于超越标准状态的修正与预测。 第一章：极端条件下的水结构与性质 传统水化学模型往往假设标准温度和压力（STP）下的水性质。然而，在深度超过数百米的地下环境中，水分子间的氢键网络受到显著影响。本章详细分析了压力和温度对水解离常数（$K_w$）、介电常数以及离子溶剂化能力的精确影响。我们将引入体积活度模型来校正高压下离子强度和化学势的变化，这对理解深层流体地球化学平衡至关重要。特别关注了高盐度环境下不同离子的“结构性”和“非结构性”行为，以及它们如何影响盐水团的密度驱动对流。 第二章：深部地球化学反应的动力学限制 在深部地质环境中，反应速率往往是控制因素，而非单纯的热力学可行性。本章重点讨论了矿物溶解与沉淀的活化能障碍。我们分析了高粘土或有机质含量对界面反应动力学的影响，通过引入表面络合模型（Surface Complexation Modeling, SCM） 来描述水-矿物界面上电荷转移和配位体的吸附行为。对于缓慢的溶解过程，我们引入了扩散控制的反应速率方程，解释了为什么某些含水层在数千年内仍能维持非平衡化学状态。 第三章：多相流体与化学平衡的耦合 深部地质系统很少是纯粹的水相系统。本章深入探讨了气-液-固三相之间的化学交换，特别是甲烷、二氧化碳和硫化氢在水中的溶解、捕获和运移机制。我们详细阐述了在变质和岩浆活动背景下，流体来源的判别，如何通过同位素分馏（如$delta^{18}O$, $delta D$, ${}^3He/{}^4He$）来解耦热液循环与地表水输入。引入了化学平衡模拟软件（如PHREEQC, REACT）在高压、高温下的特定参数设置与验证，重点在于参数敏感性分析。 第二部分：围岩介质的化学反应与离子阻滞机制 本部分聚焦于地下水化学如何被其流经的固体介质所塑造，特别是对于低渗透性岩石的渗透性影响。 第四章：粘土矿物的离子交换与溶胀效应 粘土矿物（如蒙脱石、伊利石）是深部地下水化学反应的关键参与者。本章超越了简单的阳离子交换容量（CEC）概念，深入探讨了边缘缺陷位点（Edge Sites）的酸碱反应和层间水化作用。我们着重分析了在不同水化学条件下，粘土层间距的动态变化（溶胀与坍塌）对渗透率的反馈影响。例如，在含高浓度特定阳离子（如Mg$^{2+}$或特定有机酸根）的水体中，粘土的物理化学状态如何从膨胀性向非膨胀性转变，从而影响其作为化学吸附剂的性能。 第五章：碳酸盐岩的溶解、再沉淀与孔隙结构演变 在石灰岩和白云岩含水层中，碳酸盐的溶解-沉淀控制着孔隙度和渗透率的长期演变。本章详细考察了CO$_2$分压对碳酸钙溶解度的控制，并分析了在热液条件下，白云石（Dolomite）比方解石（Calcite）更难溶解的微观机制。我们引入晶体生长动力学模型来预测在水流速度降低时，二次碳酸盐矿物（如方解石结核）的形成速率和形貌，以及这些新生成矿物对放射性元素（如铀系）的捕获能力。 第六章：硅酸盐风化与次生矿物生成 深部热液水与硅酸盐岩石（如花岗岩、玄武岩）的反应是形成次生粘土、沸石和绿泥石的基础。本章详细描述了速率限制性风化过程，特别是氟离子、硫酸根离子对长石和辉石表面钝化膜形成的影响。我们展示了如何通过测量特定元素（如Li, B）在水相中的富集程度，来反演深部流体的平均停留时间以及水岩比（W/R ratio）。 第三部分：关键微量元素与污染物的地球化学迁移 本部分将理论知识应用于实际的环境问题，关注在复杂水化学背景下，痕量元素的命运和迁移潜力。 第七章：放射性核素的胶体迁移与表面络合 在深层环境中，放射性核素（如Uranium, Plutonium, Radium）的迁移往往不是以简单的溶解离子形式进行，而是通过天然有机质（NOM）或矿物颗粒形成的胶体进行快速迁移。本章深入探讨了胶体稳定性的pH和离子强度依赖性，并分析了粘土矿物边缘的表面络合机制如何“锚定”这些高价态离子。我们特别关注了在氧化还原势（Eh）梯度下，核素价态的快速转换如何导致局部超饱和沉淀或再溶解的现象。 第八章：有机质与水化学的耦合反馈 地下水中的腐殖酸和富尔酸等天然有机酸是强力的络合剂。本章研究了这些有机酸与多价阳离子（如Fe$^{3+}$, Al$^{3+}$, Ca$^{2+}$）形成的稳定有机金属络合物，以及这些络合物如何提高传统上低溶解度的重金属（如铅、镉）的迁移能力。我们阐述了在厌氧环境下，有机酸作为最终电子受体的微生物地球化学过程如何影响整体水化学环境（例如，有机酸的降解导致pH升高，进而影响矿物沉淀）。 第九章：卤素与痕量元素的环境示踪 本章介绍了利用稳定卤素（如Cl, Br）和特定微量元素（如Li, Rb, Cs）作为水团示踪剂的方法。我们分析了不同地质背景下，这些元素在水-岩相互作用中发生的非保守性富集或亏损的机制，特别是锂同位素分馏在区分岩浆水与地表水方面的应用。这为理解深层咸水与地表淡水的混合历史提供了关键的地球化学证据。 结语：面向未来的模拟与实验挑战 本书的最后一部分总结了当前深层地下水化学研究的前沿挑战，包括如何准确模拟微裂隙网络中的反应界面、如何将生物地球化学过程整合到大规模地下水模型中，以及未来原位实验（In-Situ Experiments） 的设计原则，以期更真实地预测深层地质系统的长期稳定性。本书力求提供一个批判性的回顾，为下一代地球化学研究者提供坚实的理论和实践工具。

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这本书的编排逻辑中有一种非常独特的时间维度视角。它不像很多纯粹的化学手册那样仅仅罗列静态的平衡数据，而是穿插了大量的关于“动态过程”的速率方程和参数敏感性分析的表格。例如，在讨论重金属污染羽流的迁移时，它不仅给出了某个吸附剂的分配系数，还专门用了一个单独的章节来讨论温度和流速变化对这个系数的时滞效应。这对于从事地下水污染源解析和长期修复效果预测的工作人员来说，是不可或缺的视角。它迫使读者跳出瞬间的快照，进入到“时间演化”的框架中去思考问题。这种对时间依赖性的强调，贯穿在对反应动力学、水文地质参数不确定性以及微生物群落演替影响的论述中，使得这本书不仅仅是一个查字典的工具，更像是一部浓缩了数十年现场经验的“地下水行为预言书”，即便是在数据不完全的情况下，也能提供一个相对合理的推断框架。

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这本书的封面设计得非常朴实，几乎完全专注于实用性。没有任何花哨的图形或者引人注目的色彩搭配，仅仅是用一种冷静的、仿佛科研报告般的字体清晰地印着书名。当我第一次翻开它时，我就感觉到这绝对不是那种能让你在咖啡馆里津津有味的消遣读物，它散发着一种纯粹的、工具书的气息。里面的章节组织结构清晰得令人赞叹，像是精密的仪器说明书。每一部分都仿佛在告诉你：“别浪费时间，你需要的信息就在这里。” 这种毫不拖泥带水的风格，对于需要快速查阅特定化学物质在地下水系统中的行为模式或者迁移速率的专业人士来说，无疑是一种福音。我可以想象，在一次紧急的环境监测任务中，面对堆积如山的样品数据和时间紧迫的报告截止日期，手边有这样一本结构严谨的参考书，会是多么让人踏实的感觉。它没有冗余的叙事，没有对化学史的宏大追溯，一切都直奔主题，数据和标准化的图表占据了主要的篇幅。这种对效率的极致追求，让我对它的内容深度充满了期待，它不是用来“阅读”的，而是用来“使用”的，就像一把精心校准过的量尺。

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这本书的装帧质量也反映了它作为案头工具的定位。它采用了那种厚重的、可以平摊在工作台上的设计，纸张的选择也很有分寸，既能保证墨迹清晰不反光，又不会因为太光滑而导致频繁翻页时滑脱。与那些追求轻便和便携性的手册不同，这本书的重量和厚度，本身就是一种无声的宣言：这里面装载的是经过时间检验的、严肃的知识体系。每一次我需要查阅一个罕见金属离子在复杂水化学环境下的溶解度数据时，我都会习惯性地用手掂量一下它的分量，这种物理上的“实感”，在如今满屏电子文档的时代，反而提供了一种奇特的心理安慰——知识是扎实的，是可以被触摸和依赖的。我甚至发现了一些专门针对特定区域地下水特征的附录，例如高矿化度盐水入侵区或火山岩裂隙水系统中的离子互作用模型参数，这显示出编撰团队对全球水文地质多样性的深刻理解，绝非泛泛而谈的理论集合。

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我最近正在处理一个关于老旧工业场地地下水修复的复杂项目，需要对几种特定挥发性有机化合物（VOCs）在不同地质介质中的吸附-解吸平衡常数进行精确估计。市面上大部分的文献资料要么太过理论化，充斥着复杂的偏微分方程，要么就是信息过于分散，需要我在几十篇期刊论文中大海捞针。然而，这本书的编排方式却完全颠覆了我的传统印象。它的章节导航就像一个高效的数据库入口，我只需要根据目标污染物和土壤类型（比如粘土、砂岩或淤泥）快速定位，就能找到一系列标准化的表格和图谱。这些图表清晰地展示了在不同pH值和氧化还原电位（Eh）条件下，目标化合物的分配系数变化趋势。这种一目了然的展示方式，极大地加速了我建模过程中的参数校准阶段。更重要的是，它似乎还收录了一些非常特定，甚至有些“晦涩”的痕量污染物的数据，这些数据在主流的教科书中往往会被忽略，但对于场地评估的合规性审查来说，却是至关重要的细节。这表明编撰者确实深入到了行业的一线需求中。

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我注意到这本书在引证和数据来源的透明度方面做得非常出色。虽然它不是一本传统的学术专著，但每当呈现一组关键的迁移速率常数或降解半衰期数据时，旁边总会有简洁的标注，指出该数据的主要实验条件或引用的经典研究。这种处理方式非常巧妙地平衡了“参考手册的简洁性”与“科学文献的严谨性”。对于我们这些需要向监管机构提交报告的人来说，能够快速追溯数据的出处是至关重要的，它提供了对结论可靠性的信心背书。在分析某些有机污染物在厌氧条件下生物降解路径时，我对比了书中提供的数据与我手头其他几本生物地球化学书籍的结果，发现这里的参数通常处于一个相对保守的区间内，这似乎是故意为之，以适应风险评估中的“最坏情况”考量。这种对应用场景的细致考虑，让这本书的价值超出了单纯的数据汇编，更像是一个经过实践检验的“决策支持系统”的精简版。

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