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第0章 地球科學導論　1
0．1 什麼是地球科學　2
0．2 地球的圈層　3
0．2．1 水圈　4
0．2．2 大氣圈　4
0．2．3 生物圈　5
0．2．4 岩石圈　5
0．3 地球係統　7
0．3．1 什麼是係統　7
0．3．2 各個部分的相互關聯　8
0．4 地球科學中的時間與空間尺度　8
0．5 資源和環境問題　10
0．5．1 資源　10
0．5．2 環境問題　11
0．6 科學探索的本質　12
0．6．1 假說　12
0．6．2 理論　13
0．6．3 科學方法　13
概念迴顧：地球科學導論　14
思考題　15
第1章 物質成分和礦物組成　16
1．1 礦物：組成岩石的基本單元　17
1．1．1 礦物的定義　17
1．1．2 岩石的定義　18
1．2 原子：礦物的結構單元　19
1．2．1 質子、中子和電子的屬性　19
1．2．2 元素：由質子數決定　20
1．3 原子結閤的原因　21
1．3．1 八隅規則與化學鍵　21
1．3．2 離子鍵：電子轉移　21
1．3．3 共價鍵：共用電子　22
1．3．4 金屬鍵：電子自由移動　23
1．4 礦物的物理性質　23
1．4．1 光學性質　23
．4．2 晶體形態和結晶習性　24
1．4．3 礦物強度　24
1．4．4 密度和比重　27
1．4．5 礦物的其他性質　27
1．5 礦物分類　28
1．5．1 矽酸鹽礦物　28
1．5．2 常見的淺色矽酸鹽　30
1．5．3 常見的暗色矽酸鹽礦物　31
1．5．4 重要的非矽酸鹽礦物　31
概念迴顧：物質成分和礦物組成　33
思考題　35
第2章 岩石：固體地球的物質　36
2．1 地球係統：岩石循環　37
2．1．1 基本循環　37
2．1．2 其他途徑　37
2．2 火成岩：“浴火而生”　39
2．2．1 從岩漿到結晶岩　39
2．2．2 火成結構能告訴我們什麼？　40
2．2．3 火成岩的成分　41
2．2．4 火成岩的分類　41
2．2．5 不同火成岩的成因　44
2．3 岩石風化形成沉積物　45
2．3．1 機械風化作用　46
2．3．2 化學風化作用　47
2．4 沉積岩：壓實和膠結的沉積物　48
2．4．1 沉積岩分類　49
2．4．2 沉積物的石化作用　53
2．4．3 沉積岩的特徵　53
2．5 變質岩：由老變新的岩石　54
2．5．1 變質作用的動力是什麼？　55
2．5．2 變質結構　57
2．5．3 常見的變質岩石　57
概念迴顧：岩石：固態岩石圈的組成物質　59
思考題　61
第3章 水成地貌　63
3．1 地球的外力作用　64
3．2 崩塌作用：重力作用的結果　64
3．2．1 崩塌作用和地貌形成　65
3．2．2 崩塌作用的控製和誘發　67
3．2．3 無誘因的滑坡？　68
3．3 水循環　68
3．4 流動的水　69
3．4．1 流域　70
3．4．2 河流係統　70
3．4．3 水係類型　71
3．5 流速　72
3．5．1 影響流速的因素　73
3．5．2 從上遊到下遊的變化　73
3．6 流水的作用　74
3．6．1 河流侵蝕　74
3．6．2 河流的搬運作用　75
3．6．3 河流的沉積作用　76
3．7 河道　76
3．7．1 基岩河道　76
3．7．2 衝積河道　76
3．8 河榖的形態　78
3．8．1 基準麵和河流侵蝕　78
3．8．2 深切河榖　79
3．8．3 河榖拓寬　80
3．8．4 基準麵的變化和深切的河麯　81
3．9 沉積地貌　81
3．9．1 三角洲　81
3．9．2 天然堤壩　83
3．10 洪水與防洪　83
3．10．1 洪水的成因　83
3．10．2 防洪　84
3．11 地下水：地錶之下的水　85
3．11．1 地下水的重要性　85
3．11．2 地下水的地質作用　86
3．11．3 地下水的分布　86
3．11．4 影響地下水存儲和運動的
因素　87
3．11．5 隔水層與含水層　88
3．11．6 地下水的運動　88
3．12 泉、井和承壓係統　88
3．12．1 泉　89
3．12．2 井　90
3．12．3 承壓係統　90
3．13 地下水的環境問題　92
3．13．1 不可再生的地下水資源　92
3．13．2 地下水開采引起的地麵沉降　93
3．13．3 地下水汙染　93
3．14 地下水的地質作用　95
3．14．1 溶洞　95
3．14．2 喀斯特地貌　96
概念迴顧：水成地貌　98
思考題　100
第4章 冰川與乾旱地貌　102
4．1 冰川：兩個基本循環的一部分　103
4．1．1 山嶽（阿爾卑斯）冰川　103
4．1．2 冰蓋　104
4．1．3 其他類型的冰川　105
4．2 冰川如何移動　105
4．2．1 觀察並測量冰川的運動　106
4．2．2 冰川的估算：增長與消融　107
4．3 冰蝕作用　108
4．3．1 冰川如何侵蝕　108
4．3．2 冰蝕地貌　109
4．4 冰川沉積　111
4．4．1 冰磧物的類型　111
4．4．2 冰磧石、冰水沉積平原和
冰磧湖　112
4．4．3 鼓丘、蛇丘和冰礫阜　114
4．5 冰期冰川的其他作用　115
4．6 冰期冰川作用的範圍　116
4．7 荒原　117
4．7．1 乾涸土地的分布與成因　118
4．7．2 水在乾旱氣候中的作用　120
4．8 盆地和山脈：多山荒漠地貌的演化　121
4．9 風蝕作用　122
4．9．1 風蝕、膨脹露頭和沙漠礫石蓋層　123
4．9．2 風蝕作用　125
4．10 風成沉積　125
4．10．1 黃土　125
4．10．2 沙丘　125
概念迴顧：冰川和乾旱地貌　127
思考題　129
第5章 闆塊構造論：一場科學的革命　131
5．1 從大陸漂移說到闆塊構造論　132
5．2 大陸漂移說：超越時代的一個想法　133
5．2．1 證據：大陸拼圖　133
5．2．2 證據：跨海化石的吻閤　134
5．2．3 證據：岩石類型和地質
特徵　135
5．2．4 證據：古氣候　135
5．3 大辯論　137
5．3．1 對漂移學說的抵製　137
5．4 闆塊構造論　138
5．4．1 覆蓋軟流圈的剛性岩石圈　138
5．4．2 地球的主要闆塊　140
5．4．3 闆塊邊界　140
5．5 離散闆塊邊界和海底擴張　140
5．5．1 洋中脊和海底擴張　140
5．5．2 大陸裂榖　143
5．6 匯聚闆塊邊界與俯衝作用　143
5．6．1 洋－陸匯聚　144
5．6．2 洋－洋匯聚　145
5．6．3 陸－陸匯聚　146
5．7 轉換闆塊邊界　147
5．8 檢驗闆塊構造模型　149
5．8．1 證據：大洋鑽探　149
5．8．2 證據：地幔柱和熱點　150
5．8．3 證據：古地磁學　151
5．9 什麼驅使闆塊運動？　154
5．9．1 驅使闆塊運動的力　154
5．9．2 闆塊－地幔對流模型　156
5．10 闆塊和闆塊邊界如何變化？　157
5．10．1 泛大陸的裂解　157
5．10．2 未來的闆塊構造　158
概念迴顧：闆塊構造：一場科學的革命　159
思考題　162
第6章 動蕩的地球：地震、地質構造
和造山運動　164
6．1 什麼是地震　165
6．1．1 探索地震的成因　166
6．1．2 斷層與地震　167
6．2 地震學：地震波研究　169
6．2．1 記錄地震的儀器　169
6．3 震源定位　171
6．4 確定地震大小　172
6．4．1 烈度錶　173
6．4．2 震級錶　173
6．5 地震的破壞作用　176
6．5．1 火災　179
6．5．2 什麼是海嘯？　179
6．6 地震帶與闆塊邊界　181
6．7 地球內部　182
6．7．1 地球分層結構的形成　183
6．7．2 探索地球內部：“透視”地球的地震波　183
6．8 地球圈層　184
6．8．1 地殼　184
6．8．2 地幔　184
6．8．3 地核　185
6．9 岩石變形　185
6．9．1 岩石為什麼變形　185
6．9．2 岩石變形的類型　185
6．10 褶皺：韌性變形構造　186
6．10．1 背斜和嚮斜　186
6．10．2 穹窿和盆地　187
6．11 斷層：脆性變形構造　188
6．11．1 傾嚮滑移斷層　188
6．12 造山運動　190
6．13 俯衝作用與造山運動　191
6．13．1 島弧型造山運動　192
6．13．2 安第斯型造山運動　192
6．14 碰撞造山帶　193
6．14．1 科迪勒拉型造山運動　193
6．14．2 大陸碰撞：阿爾卑斯型造山
運動　194
概念迴顧：動蕩的地球：地震、地質構造和造山運動　197
思考題　200
第7章 火山及其他岩漿活動　202
7．1 聖海倫火山和基拉韋厄火山　203
7．2 火山噴發的性質　204
7．2．1 影響黏度的因素　204
7．2．2 寜靜式和爆裂式火山噴發　205
7．3 火山噴發期間擠齣的物質　206
7．3．1 熔岩流　206
7．3．2 氣體　207
7．3．3 火成碎屑物　207
7．4 火山結構　209
7．5 盾狀火山　210
7．5．1 莫納羅亞火山：地球上最大的盾狀火山　210
7．5．2 夏威夷基拉韋厄火山：噴發的盾狀火山　211
7．6 火山錐　212
7．6．1 帕裏庫廷火山：各種火山錐的花園　213
7．7 復式火山　213
7．8 火山災害　214
7．8．1 火山碎屑流：緻命的自然力量　215
7．8．2 火山泥流：活躍和不活躍火山錐的火山泥流　216
7．8．3 其他火山災害　216
7．9 其他火山地貌　218
7．9．1 破火山口　218
7．9．2 裂隙噴發和玄武岩高原　220
7．9．3 火山頸和火山管道　221
7．10 侵入岩漿活動　221
7．10．1 侵入岩體的性質　221
7．10．2 闆狀侵入岩體：岩牆和岩席　222
7．10．3 塊狀侵入岩體：岩基、岩株和岩蓋　224
7．11 部分熔融和岩漿的成因　224
7．11．1 部分熔融　225
7．11．2 從固態岩石産生岩漿　225
7．11．3 壓力降低：減壓熔融　225
7．12 闆塊構造和火山活動　227
7．12．1 匯聚闆塊邊界的火山活動　227
7．12．2 離散闆塊邊界的火山活動　229
7．12．3 闆內火山活動　229
概念迴顧：火山和其他岩漿活動　230
思考題　233
第8章 地質年代　235
8．1 地質學簡史　236
8．1．1 災變論　236
8．1．2 現代地質學的誕生　237
8．1．3 當代地質學　237
8．2 創建年代錶――相對定年原理　237
8．2．1 年代錶的重要性　237
8．2．2 絕對年代和相對年代　238
8．2．3 疊加原理　238
8．2．4 原始水平原理　238
8．2．5 穿切關係原理　239
8．2．6 包裹物原理　239
8．2．7 不整閤　240
8．2．8 相對定年原理的應用　241
8．3 化石：過去生命的證據　243
8．3．1 化石類型　243
8．3．2 保留化石的條件　244
8．4 岩層對比　244
8．4．1 有限區域內的對比　245
8．4．2 化石對比　245
8．5 放射性測年　247
8．5．1 基本的原子結構迴顧　247
8．5．2 放射性　247
8．5．3 半衰期　248
8．5．4 使用不同的同位素　249
8．5．5 C14測年　249
8．6 地質年代錶　250
8．6．1 年代錶的結構　250
8．6．2 前寒武紀　250
8．6．3 術語和地質年代錶　251
8．7 確定沉積岩的絕對年代　252
概念迴顧：地質年代　253
思考題　254
第9章 海洋：最後的淨土　256
9．1 浩瀚的海洋世界　257
9．1．1 海洋地理學　257
9．1．2 對比海洋與大陸　258
9．2 海水的構成　258
9．2．1 鹽度　259
9．2．2 海鹽的來源　259
9．2．3 影響海水鹽度的過程　259
9．3 溫度和密度隨深度的變化　260
9．3．1 溫度變化　261
9．3．2 密度變化　261
9．3．3 海洋分層　262
9．4 新興的海底圖像　263
9．4．1 繪製海底地形圖　263
9．4．2 從太空繪製海底地形圖　264
9．4．3 海底地貌單元　266
9．5 大陸邊緣　266
9．5．1 被動大陸邊緣　266
9．5．2 活動大陸邊緣　269
9．6 深海盆地的特徵　269
9．6．1 深海溝　269
9．6．2 深海平原　269
9．6．3 海底火山結構　270
9．7 洋脊　270
9．7．1 洋脊剖析　270
9．7．2 洋脊抬升的原因　271
9．8 海底沉積物　272
9．8．1 海底沉積物的類型　272
9．8．2 海底沉積物――氣候數據寶庫　273
概念迴顧：海洋：最後的淨土　274
思考題　276
第10章 動蕩的海洋　278
10．1 海洋的錶層環流　279
10．1．1 洋流模式　279
10．1．2 洋流影響氣候　281
10．2 上升流和深海環流　282
10．2．1 海岸上升流　282
10．2．2 深海環流　283
10．3 海岸：一個動態界麵　284
10．4 波浪　285
10．4．1 波浪的特徵　285
10．4．2 圓周運動　286
10．4．3 碎波帶的波浪　286
10．5 海灘和海岸的形成過程　287
10．5．1 波浪侵蝕　288
10．5．2 海灘上的泥沙運動　288
10．6 海岸的特點　290
10．6．1 侵蝕的特點　290
10．6．2 沉積特徵　291
10．6．3 不斷變化的海岸　292
10．7 海岸加固　293
10．7．1 硬加固　294
10．7．2 硬加固的替代方法　295
10．8 美國海岸的比較　296
10．8．1 大西洋和墨西哥灣海岸　296
10．8．2 太平洋海岸　297
10．8．3 海岸分類　298
10．9 潮汐　299
10．9．1 潮汐的成因　300
10．9．2 月潮周期　300
10．9．3 潮汐類型　300
10．9．4 潮汐流　301
概念迴顧：動蕩的海洋　302
思考題　304
第11章 大氣加熱　306
11．1 關注大氣　307
11．1．1 美國的天氣　307
11．1．2 天氣和氣候　307
11．2 大氣的組成　309
11．2．1 主要成分　309
11．2．2 二氧化碳（CO2）　310
11．2．3 變化的成分　310
11．2．4 臭氧減少――一個全球性問題　311
11．3 大氣的垂嚮結構　312
11．3．1 壓力變化　312
11．3．2 溫度變化　313
11．4 地日關係　315
11．4．1 地球運動　315
11．4．2 四季的成因　315
11．4．3 地球的方嚮　316
11．4．4 夏至/鼕至和春分/鞦分　317
11．5 能量、熱量和溫度　319
11．5．1 熱傳遞方式：傳導　319
11．5．2 熱傳遞方式：對流　320
11．5．3 熱傳遞方式：熱輻射　320
11．6 大氣加熱　322
11．6．1 吸收太陽輻射發生瞭什麼？　322
11．6．2 反射和散射　322
11．6．3 吸收　323
11．6．4 大氣層變暖：溫室效應　323
1．7 人類活動對全球氣候的影響　324
11．7．1 二氧化碳含量增加　324
11．7．2 大氣響應　326
11．7．3 一些可能的後果　326
11．8 氣溫數據　327
11．9 影響氣溫的因素　329
11．9．1 海陸分布　329
11．9．2 海拔高度　330
11．9．3 地理位置　330
11．9．4 雲量和反照率　331
11．10 氣溫的全球分布　332
概念迴顧：加熱大氣　333
思考題　335
第12章 濕度、雲和降水　337
12．1 水的相變　338
12．1．1 冰、液態水和水汽　338
12．1．2 潛熱　338
12．2 濕度：空氣中的水汽　340
12．2．1 飽和　340
12．2．2 混閤比　341
12．2．3 相對濕度　341
12．2．4 露點溫度　343
12．2．5 測量濕度　343
12．3 雲的形成基礎：絕熱冷卻　344
12．3．1 霧、露和雲的形成　344
12．3．2 絕熱溫度變化　345
12．3．3 絕熱冷卻和凝結　345
12．4 空氣上升過程　346
12．4．1 地形抬升　346
12．4．2 鋒麵楔入　347
12．4．3 局地對流抬升　347
12．5 天氣的形成：大氣穩定度　348
12．5．1 穩定度類型　349
12．5．2 穩定度和日常天氣　350
12．6 凝結和雲的形成　351
12．6．1 雲的分類　351
12．7 霧　354
12．7．1 冷卻霧　354
12．7．2 蒸發霧　355
12．8 降水的形成　357
12．8．1 冷雲降水：伯傑龍過程　358
12．8．2 暖雲降水：碰並過程　359
12．9 降水類型　359
12．9．1 雨　360
12．9．2 雪　360
12．9．3 雨夾雪和凍雨　360
12．9．4 冰雹　360
12．9．5 霧凇　361
12．10 降水的觀測　362
12．10．1 降雪測量　362
12．10．2 天氣雷達測量降水　362
概念迴顧：濕度、雲和降水　363
思考題　365
第13章 大氣運動　367
13．1 瞭解氣壓　368
13．1．1 觀察氣壓　369
13．1．2 測量氣壓　369
13．2 影響風的因素　370
13．2．1 科裏奧利力　372
13．2．2 地麵摩擦力　373
13．3 高壓與低壓　375
13．3．1 氣鏇風和反氣鏇風　375
13．3．2 與高壓和低壓相關的
天氣　376
13．4 大氣環流　377
13．4．1 地球不自轉時的環流　377
13．4．2 理想的全球環流　377
13．4．3 大陸的影響　378
13．4．4 西風帶　379
13．5 局地風　380
13．5．1 陸風和海風　380
13．5．2 山風和榖風　380
13．5．3 欽諾剋風和聖塔安娜風　381
13．6 風的觀測　382
13．7 全球降水分布　383
概念迴顧：大氣運動　384
思考題　386
第14章 天氣模式與惡劣天氣　387
14．1 氣團　388
14．1．1 氣團是什麼？　388
14．1．2 氣團的發源地　388
14．1．3 與氣團相關的天氣　389
14．2 鋒麵　391
14．2．1 暖鋒　391
14．2．2 冷鋒　392
14．2．3 靜止鋒和錮囚鋒　393
14．3 中緯度氣鏇　394
14．3．1 理想的中緯度氣鏇天氣　395
14．3．2 高空氣流的作用　396
14．4 雷暴　397
14．4．1 名稱的含義　397
14．4．2 雷暴的形成　398
14．4．3 雷暴發展的各個階段　399
14．5 龍捲風　400
14．5．1 龍捲風的形成和發展　401
14．5．2 龍捲風的破壞性　403
14．5．3 龍捲風預報　404
14．6 颶風　405
14．6．1 颶風概況　406
14．6．2 颶風的形成與消亡　407
14．6．3 颶風的破壞性　408
14．6．4 颶風跟蹤　410
概念迴顧：天氣模式和惡劣天氣　411
思考題　413
第15章 太陽係的特點　415
15．1 古代天文學　416
15．1．1 天文學的黃金時代　416
15．1．2 托勒密模型　417
15．2 現代天文學的誕生　419
15．2．1 哥白尼　419
15．2．2 第榖　420
15．2．3 開普勒　420
15．2．4 伽利略　422
15．2．5 牛頓　424
15．3 太陽係概述　425
15．3．1 星雲說：太陽係的形成　425
15．3．2 行星：內部結構和大氣層　427
15．3．3 行星碰撞　429
15．4 地球的衛星――月球：古老
地體的碎片　430
15．4．1 月球的成因　430
15．5 類地行星　433
15．5．1 水星：最靠內的行星　433
15．5．2 金星：神秘的行星　434
15．5．3 火星：紅色的行星　435
15．6 類木行星　437
15．6．1 木星：天體的主宰　437
15．6．2 土星：優雅的行星　439
15．6．3 天王星和海王星：雙胞胎　441
15．7 太陽係中的小型天體　442
15．7．1 小行星：剩下的星子　443
15．7．2 彗星：“髒雪球”　444
15．7．3 彗星的範圍：柯伊伯帶
和奧爾特雲帶　445
15．7．4 流星：地球的造訪者　445
15．7．5 矮行星　447
概念迴顧：太陽係的性質　448
思考題　450
第16章 係外宇宙　452
16．1 宇宙　453
16．1．1 宇宙有多大？　453
16．1．2 宇宙簡史　454
16．2 星際物質：星星的溫床　455
16．2．1 亮星雲　455
16．2．2 暗星雲　457
16．3 星體分類：赫羅圖　457
16．4 恒星演化　459
16．4．1 恒星的誕生　459
16．4．2 原恒星階段　460
16．4．3 主序星階段　460
16．4．4 紅巨星階段　460
16．4．5 燃盡和消亡階段　460
16．5 恒星殘骸　462
16．5．1 白矮星　462
16．5．2 中子星　462
16．5．3 黑洞　463
16．6 星係和星團　464
16．6．1 星係分類　464
16．6．2 星團　466
16．6．3 星團碰撞　466
16．7 大爆炸理論　467
16．7．1 宇宙擴張的證據　467
16．7．2 大爆炸理論的預言　468
16．7．3 宇宙的命運是什麼？　468
概念迴顧：係外宇宙　468
思考題　470
附錄A 公製和英製單位的換算　472
附錄B 地球的網格係統　474
附錄C 相對濕度和露點溫度對照錶　476
附錄D 恒星的性質　478
詞匯錶　482
· · · · · · (收起)