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出版者:

作者:Wynne, Sharon

出品人:

页数:207

译者:

出版时间:

价格:$ 73.39

装帧:

isbn号码:9781581976328

丛书系列:

图书标签:

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地球科学前沿探索：行星地质与演化 本书简介 本书旨在为地球科学领域的研究人员、高年级本科生及研究生提供一个深入、前沿的视角，聚焦于行星地质学的最新进展、关键理论模型及其在太阳系乃至更广阔宇宙尺度上的应用。我们避开了对基础高中或初级大学水平地球科学（如岩石学、气象学基础概念的重复介绍）的冗余阐述，而是将重点放在驱动行星体演化的复杂过程、跨学科研究的交叉点，以及当前未解的重大科学问题上。 第一部分：行星形成与早期演化动力学 本部分深入探讨了太阳系及其他恒星系统中行星形成的最新理论框架，特别是围绕星周盘的物质吸积、微行星碰撞的统计模型，以及巨行星形成对内太阳系结构的影响。 1.1 行星吸积的数值模拟与理论极限： 讨论了从尘埃到行星胚胎的“冰凝核不稳定性”与“缓慢吸积”两种主要模型在解释当前系外行星多样性方面的优势与局限。重点分析了高分辨率模拟如何揭示吸积过程中角动量传递和能量耗散的复杂性。 1.2 岩浆洋的结晶动力学与地幔分异： 聚焦于早期行星体（如地球、火星、月球）在形成初期经历的全球性岩浆海洋阶段。详细解析了不同矿物相（橄榄石、辉石、尖晶石）在压力和温度梯度下分异的动力学过程，并将其与行星地壳与地幔的化学异构性联系起来。探讨了“地幔柱”形成前驱体和快速冷却的行星（如水星）地质记录的解读方法。 1.3 挥发物的起源与迁移： 考察了水、氮、碳等关键挥发性物质如何在太阳系形成过程中被捕获、迁移和重新分配。对比了彗星、富碳小行星（C型）以及太阳风捕获机制对地球海洋形成和大气演化的贡献差异。引入了同位素示踪技术（如氘/氢比值、氮同位素比值）在识别挥发物源头中的前沿应用。 第二部分：行星构造活动与内部热力学 本部分转向对行星体内部热源的衰减机制、构造变形的驱动力及其在地表表现的综合分析。我们将行星构造视为一个跨尺度的热力学系统。 2.1 行星热演化的能斯特定律与放射性衰变： 超越简单的长半衰期放射性元素衰变模型，探讨了短期和中期放射性核素（如$^{26} ext{Al}$）在行星早期热预算中的决定性作用。分析了不同质量行星（类地行星与冰巨星）的热扩散率差异，以及它们如何决定构造活动的“开关”时间。 2.2 板块构造的普适性与特殊性： 对比地球的板块构造与其他类地行星（如金星、火星）的“停滞盖层”（Stagnant Lid）或“局部变形”（Localized Deformation）模式。研究了在缺乏水润滑或缺乏足够热驱动力的情况下，地壳应力是如何累积并以火山-构造事件（如金星的“地形区”大规模重塑）形式释放的。引入了流变学实验数据，量化不同岩石圈材料对构造应力的响应阈值。 2.3 磁场起源与地磁发电机理论的检验： 深入探讨了行星磁场（发电机效应）的驱动条件，包括导电流体的性质、冷却速率和行星自转的影响。重点分析了火星和月球磁场消失的原因，以及如何通过分析岩石的磁余辉（Paleomagnetism）来反推其内部热结构和导电层厚度。讨论了非地球型发电机模型（如冰层下的盐水海洋发电机）。 第三部分：表面过程、气候与生命印记 本部分关注行星表面物质与能量的循环，以及这些过程如何记录和影响潜在的宜居性。 3.1 侵蚀动力学与风化速率的尺度效应： 考察了风、水和冰在不同重力、大气密度和温度条件下的侵蚀效率。通过对火星峡谷、土卫六（Titan）的甲烷河流网络进行形态学分析，建立跨行星的侵蚀模型。引入了空间风化作用（Space Weathering）对微陨石撞击坑形态的影响。 3.2 行星气候模型与轨道力学的影响： 深入研究米兰科维奇旋律在其他行星上的应用，特别是解释火星极冠冰量周期性变化（CO$_2$冰的升华与沉积）的驱动机制。分析了大气逃逸过程（如紫外线光解和高能粒子剥蚀）如何塑造行星的长期气候演变，并评估大气捕获机制的有效性。 3.3 宜居带之外的潜在栖息地： 超越传统对液态水地表的关注，本章探索了冰卫星（如欧罗巴、恩克拉多斯）冰下海洋的化学环境。分析了潮汐加热产生的热液喷口对微生物化学能获取的潜在支持作用。讨论了对这些地下环境进行遥感探测和原位分析的技术挑战与未来任务规划。 第四部分：太阳系外行星（系外行星）的行星地质学解读 本部分将地球科学的原理外推至观测到的系外行星系统，重点是地质学约束对系外行星宜居性评估的贡献。 4.1 系外行星的“超级地球”与“迷你海王星”的内部结构： 基于质量-半径关系，探讨了如何通过密度估算来推断超级地球内部的岩石/水/气体比例。建立了高压矿物物理学模型，预测在数十个地球质量压力下，硅酸盐和金属的相变行为，这直接影响了这些行星是否能维持地质活动。 4.2 潮汐加热与系外行星的热力学演化： 分析了围绕红矮星（M型星）运行的系外行星如何因紧密轨道导致的强劲潮汐力而维持内部热量，即使在形成初期缺乏放射性元素。讨论了潮汐能如何驱动内部对流，从而可能维持磁场和火山活动，即使其宿主恒星年龄较大。 4.3 表面地貌对系外行星大气稳定性的指示： 探讨了如何通过未来更强大的望远镜（如JWST的后续任务）观测系外行星的反射光谱，来推断其表面是否存在大规模的火山喷发活动（SO$_2$排放特征）或大规模水循环（水蒸气特征），进而评估其大气层是否处于稳定状态或经历剧烈的失控温室效应。 本书的每一章节均融入了最新的探测任务数据（如“洞察号”地震数据、朱诺号引力场测量），并强调了理论建模与实测数据之间的反馈循环，为读者提供了理解行星体这一复杂系统的多尺度、动态视野。

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