Isotope Hydrology pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Joel R Gat

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:2010-1

价格:424.00元

装帧:HRD

isbn号码:9781860940354

丛书系列:

图书标签:

同位素水文
水文循环
同位素示踪
环境水化学
地下水
地表水
水资源
地球化学
同位素地球化学
环境科学

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具体描述

Within the discipline of environmental sciences, the stable-isotope methodology is being increasingly used, especially in the study of the water cycle and of paleo-climatology. This book reviews the natural variability of stable isotopes in the hydrosphere, describing the physico-chemical basis of isotope fractionalism, and applying this knowledge to natural waters as they move through the hydrologic cycle from the ocean to the atmosphere, the biosphere and the lithosphere. It focuses on the processes at the surface-atmosphere and land-biosphere-atmosphere interfaces, since these are the sites of major changes in isotope composition. In response to the increasing awareness of our changing climate, a discussion on the global view of the changing water cycle, in the past and future, concludes up the presentation.

复杂系统中的热力学演化：从微观动力学到宏观结构形成作者：艾伦·卡斯帕 (Alan Casper) 出版社：格雷夫顿科学出版社 (Grafton Science Press) 出版年份： 2024 --- 简介本书深入探讨了在远离热力学平衡态的复杂系统中，能量、信息和物质如何协同作用以驱动结构化和功能化的过程。我们不再将系统视为孤立或准静态的实体，而是将其置于一个持续的、开放的交换环境之中，考察耗散结构如何涌现并维持自身。全书的核心在于建立一套统一的理论框架，用以描述从非线性化学振荡到生物膜形成，再到生态系统演化的跨尺度现象。核心理论支柱：本书建立在两个主要的理论支柱之上：非平衡态统计力学 (Non-equilibrium Statistical Mechanics, NEMS) 和信息热力学 (Information Thermodynamics)。我们摒弃了传统热力学对平衡的过度依赖，转而聚焦于稳态流和瞬态响应的动力学。第一部分：非平衡态的微观基础与涨落理论本部分首先回顾了玻尔兹曼输运方程的局限性，并引入了更具普适性的朗之万动力学和福克-普朗克方程来描述粒子在随机力场下的运动。重点在于对涨落 (Fluctuations) 的精确量化。第1章：从分子动力学到连续介质的桥梁详细阐述了从牛顿运动定律到连续介质描述的过渡。我们引入了哈密顿量密度 (Hamiltonian Density) 的概念，并探讨了在存在外部驱动力时，如何修改能量守恒定律以纳入耗散项。讨论了热力学力 (Thermodynamic Forces) 与物质流 (Matter Fluxes) 之间的关系，并着重分析了速度、压力和温度梯度对系统内部熵产生率的贡献。第2章：不可逆过程的熵产生与最小化原理超越克劳修斯不等式，本书聚焦于瞬间熵产生率 ($s$)。我们详细分析了在稳态流条件下，熵产生率如何被最小化（普里戈金的最小熵产生原理），并探讨了该原理的适用范围和局限性，特别是在存在反馈机制的系统中。引入了Onsager倒易关系的推广形式，适用于更复杂的耦合现象。第3章：随机过程与巨观尺度涨落本章是理解复杂系统稳定性的关键。我们深入研究了噪声理论，特别关注非平衡态下的Fano因子。通过分析系统在相空间中的随机行走，我们计算了结构形成所需的临界涨落幅度。使用弗兰克-卡门 (Frank-Kamenetskii) 的方法来处理热点形成和自催化反应中的初始扰动。重点对比了经典布朗运动与受约束介质中粒子扩散的差异。第二部分：耗散结构与自组织现象在微观动力学的基础上，第二部分转向宏观尺度的结构涌现。我们探讨了系统如何利用外部能量流来组织自身，形成比其组成部分更稳定的结构。第4章：反应-扩散系统与图灵模式本章是自组织理论的基石。我们详细分析了图灵不稳定性 (Turing Instability) 的数学条件，包括反应速率、扩散系数和几何边界对形成斑点、条纹或螺旋结构的影响。引入了模态分析 (Modal Analysis) 来确定哪些波长或波数的扰动会发生增长。应用案例包括矿物沉积模式和早期胚胎发育中的形态发生。第5章：非线性振荡与化学钟聚焦于周期性动力学，特别是Belousov-Zhabotinsky (BZ) 反应的机制。使用极限环 (Limit Cycles) 理论来描述周期性振荡的稳定性。探讨了相位锁定 (Phase Locking) 现象，即当多个振荡器相互耦合时，系统如何收敛到一个共同的频率。讨论了在有限边界条件下，振荡波的传播、反射和合并的拓扑学效应。第6章：相变与界面动力学将热力学相变的概念扩展到远离平衡态的系统。研究了界面能 (Interfacial Energy) 在驱动凝胶化、结晶或相分离中的作用。重点分析了激活势垒如何被外部能量流或应力场降低，从而加速了特定结构的形成。引入了动力学临界指数的概念，以区分热力学相变和动力学诱导的结构转变。第三部分：信息与能量的耦合本书的最后部分将视角提升到信息处理层面，考察系统如何“学习”或“记忆”其环境，从而优化其耗散效率。第7章：信息热力学基础与Landauer原理的扩展本章从信息论的角度重新审视热力学。详细介绍了Landauer原理（擦除一个比特信息所需的最小能量）在实际耗散系统中的体现。引入了费舍尔信息 (Fisher Information) 作为衡量系统对外部变化敏感度的指标，并将其与熵的减少联系起来。讨论了最大熵生产 (Maximum Entropy Production, MEP) 原理作为一种启发式工具，用于预测开放系统的稳态方向。第8章：耗散系统中的记忆与计算探讨系统如何通过暂时的结构变化来存储信息，例如蛋白质折叠的中间态或神经网络的突触权重。分析了信息存储的能耗成本。研究了前馈与反馈回路如何允许系统对输入信号做出非线性响应，从而实现简单的计算功能。讨论了在湍流中，能量级联如何被视为一种信息处理过程。第9章：复杂性度量与系统稳定性如何量化一个耗散结构的复杂性？本章提出了一套度量标准，包括有效信息量 (Effective Complexity) 和结构熵 (Structural Entropy)，它们考虑了系统中的冗余度和功能特化程度。最后，我们探讨了在面对突然环境扰动时，高度组织化的耗散系统（如生态系统或气候系统）的弹性 (Resilience) 和脆弱性 (Vulnerability)，并讨论了临界点理论在预测系统崩溃中的应用。 --- 目标读者：物理化学家、非线性动力学专家、复杂系统理论研究人员，以及对从基础物理学角度理解生物、地球和工程系统涌现现象感兴趣的高级研究生和研究人员。本书的独特性在于：它首次系统地整合了随机过程、耗散结构理论和现代信息热力学的成果，提供了一个连贯的工具箱，用于分析和建模那些在地球上和宇宙中普遍存在的、远离平衡态的动态系统。它鼓励读者超越线性和可逆性的舒适区，直面自然界中真正的复杂性。