第0章 地球科學導論 1
0.1 什么是地球科學 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 巖石圈 5
0.3 地球系統(tǒng) 7
0.3.1 什么是系統(tǒng) 7
0.3.2 各個部分的相互關(guān)聯(lián) 8
0.4 地球科學中的時間與空間尺度 8
0.5 資源和環(huán)境問題 10
0.5.1 資源 10
0.5.2 環(huán)境問題 11
0.6 科學探索的本質(zhì) 12
0.6.1 假說 12
0.6.2 理論 13
0.6.3 科學方法 13
概念回顧：地球科學導論 14
思考題 15
第1單元 地球物質(zhì)
第1章 物質(zhì)成分和礦物組成 16
1.1 礦物：組成巖石的基本單元 17
1.1.1 礦物的定義 17
1.1.2 巖石的定義 18
1.2 原子：礦物的結(jié)構(gòu)單元 19
1.2.1 質(zhì)子、中子和電子的屬性 19
1.2.2 元素：由質(zhì)子數(shù)決定 20
1.3 原子結(jié)合的原因 21
1.3.1 八隅規(guī)則與化學鍵 21
1.3.2 離子鍵：電子轉(zhuǎn)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(zhì) 23
1.4.1 光學性質(zhì) 23
1.4.2 晶形和晶體習性 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(zhì) 27
1.5 礦物分類 28
1.5.1 硅酸鹽礦物 28
1.5.2 常見的淺色硅酸鹽 30
1.5.3 常見的暗色硅酸鹽礦物 31
1.5.4 重要的非硅酸鹽礦物 31
概念回顧：物質(zhì)成分和礦物組成 33
思考題 35
第2章 巖石：固體地球的物質(zhì) 36
2.1 地球系統(tǒng)：巖石循環(huán) 37
2.1.1 基本循環(huán) 37
2.1.2 其他途徑 37
2.2 火成巖：“浴火而生” 39
2.2.1 從巖漿到結(jié)晶巖 39
2.2.2 火成結(jié)構(gòu)能告訴我們什么？ 40
2.2.3 火成巖的成分 41
2.2.4 火成巖的分類 41
2.2.5 不同火成巖的成因 44
2.3 巖石風化形成沉積物 45
2.3.1 機械風化作用 46
2.3.2 化學風化作用 47
2.4 沉積巖：壓實和膠結(jié)的沉積物 48
2.4.1 沉積巖分類 49
2.4.2 沉積物的石化作用 53
2.4.3 沉積巖的特征 53
2.5 變質(zhì)巖：由老變新的巖石 54
2.5.1 變質(zhì)作用的動力是什么？ 55
2.5.2 變質(zhì)結(jié)構(gòu) 57
2.5.3 常見的變質(zhì)巖石 57
概念回顧：巖石：固態(tài)巖石圈的組成物質(zhì) 59
思考題 61
第2單元 地表變遷
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(jié)果 64
3.2.1 崩塌作用和地貌形成 65
3.2.2 崩塌作用的控制和誘發(fā) 67
3.2.3 無誘因的滑坡？ 68
3.3 水循環(huán) 68
3.4 流動的水 69
3.4.1 流域 70
3.4.2 河流系統(tǒng) 70
3.4.3 水系類型 71
3.5 流速 72
3.5.1 影響流速的因素 73
3.5.2 從上游到下游的變化 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 基巖河道 76
3.7.2 沖積河道 76
3.8 河谷的形態(tài) 78
3.8.1 基準面和河流侵蝕 78
3.8.2 深切河谷 79
3.8.3 河谷拓寬 80
3.8.4 基準面的變化和深切的河曲 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：地表之下的水 85
3.11.1 地下水的重要性 85
3.11.2 地下水的地質(zhì)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、井和承壓系統(tǒng) 88
3.12.1 泉 89
3.12.2 井 90
3.12.3 承壓系統(tǒng) 90
3.13 地下水的環(huán)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面沉降 93
3.13.3 地下水污染 93
3.14 地下水的地質(zhì)作用 95
3.14.1 溶洞 95
3.14.2 喀斯特地貌 96
概念回顧：水成地貌 98
思考題 100
第4章 冰川與干旱地貌 102
4.1 冰川：兩個基本循環(huán)的一部分 103
4.1.1 山岳（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 觀察并測量冰川的運動 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 冰期冰川作用的范圍 116
4.7 荒漠 117
4.7.1 干涸土地的分布與成因 118
4.7.2 水在干旱氣候中的作用 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
概念回顧：冰川和干旱地貌 127
思考題 129
第3單元 內(nèi)部力
第5章 板塊構(gòu)造：一場科學的革命 131
5.1 從大陸漂移說到板塊構(gòu)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(jù)：大陸拼圖 133
5.2.2 證據(jù)：跨�；�石的吻合 134
5.2.3 證據(jù)：巖石類型和地質(zhì)特征 135
5.2.4 證據(jù)：古氣候 135
5.3 大辯論 137
5.3.1 對漂移學說的抵制 137
5.4 板塊構(gòu)造論 138
5.4.1 覆蓋軟流圈的剛性巖石圈 138
5.4.2 地球的主要板塊 139
5.4.3 板塊邊界 139
5.5 離散板塊邊界和海底擴張 140
5.5.1 洋中脊和海底擴張 140
5.5.2 大陸裂谷 142
5.6 匯聚板塊邊界與俯沖作用 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(zhuǎn)換板塊邊界 147
5.8 檢驗板塊構(gòu)造模型 149
5.8.1 證據(jù)：大洋鉆探 149
5.8.2 證據(jù)：地幔柱和熱點 150
5.8.3 證據(jù)：古地磁學 151
5.9 板塊運動的驅(qū)動力是什么？ 154
5.9.1 板塊運動的驅(qū)動力 154
5.9.2 板塊－地幔對流模型 156
5.10 板塊和板塊邊界如何變化？ 157
5.10.1 泛大陸的裂解 157
5.10.2 未來的板塊構(gòu)造 158
概念回顧：板塊構(gòu)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(zhì)構(gòu)造和
造山運動 164
6.1 什么是地震 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
6.2.2 地震波 170
6.3 震源定位 171
6.4 確定地震大小 172
6.4.1 烈度表 173
6.4.2 震級表 173
6.5 地震的破壞作用 176
6.5.1 火災 179
6.5.2 什么是海嘯？ 179
6.6 地震帶與板塊邊界 181
6.7 地球內(nèi)部 182
6.7.1 地球分層結(jié)構(gòu)的形成 183
6.7.2 探索地球內(nèi)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 巖石變形 185
6.9.1 巖石為什么變形 185
6.9.2 巖石變形的類型 185
6.10 褶皺：韌性變形構(gòu)造 186
6.10.1 背斜和向斜 186
6.10.2 穹窿和盆地 187
6.11 斷層：脆性變形構(gòu)造 188
6.11.1 傾向滑移斷層 188
6.12 造山運動 190
6.13 俯沖作用與造山運動 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
概念回顧：動蕩的地球：地震、地質(zhì)構(gòu)造和
造山運動 197
思考題 200
第7章 火山及其他巖漿活動 202
7.1 圣海倫火山和基拉韋厄火山 203
7.2 火山噴發(fā)的性質(zhì) 204
7.2.1 影響?zhàn)ざ鹊囊蛩? 204
7.2.2 寧靜式和爆裂式火山噴發(fā) 205
7.3 火山噴發(fā)期間擠出的物質(zhì) 206
7.3.1 熔巖流 206
7.3.2 氣體 207
7.3.3 火成碎屑物 207
7.4 火山結(jié)構(gòu) 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(fā)的盾狀火山 211
7.6 火山錐 212
7.6.1 帕里庫廷火山：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：致命的自然力量 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(fā)和玄武巖高原 220
7.9.3 火山頸和火山管道 221
7.10 侵入巖漿活動 221
7.10.1 侵入巖體的性質(zhì) 221
7.10.2 板狀侵入巖體：巖墻和巖席 222
7.10.3 塊狀侵入巖體：巖基、巖株和巖蓋 224
7.11 部分熔融和巖漿的成因 224
7.11.1 部分熔融 225
7.11.2 從固態(tài)巖石產(chǎn)生巖漿 225
7.11.3 壓力降低：減壓熔融 225
7.12 板塊構(gòu)造和火山活動 227
7.12.1 匯聚板塊邊界的火山活動 227
7.12.2 離散板塊邊界的火山活動 229
7.12.3 板內(nèi)火山活動 229
概念回顧：火山和其他巖漿活動 230
思考題 233
第4單元 地球歷史
第8章 地質(zhì)年代 235
8.1 地質(zhì)學簡史 236
8.1.1 災變論 236
8.1.2 現(xiàn)代地質(zhì)學的誕生 237
8.1.3 當代地質(zhì)學 237
8.2 創(chuàng)建年代表——相對定年原理 237
8.2.1 年代表的重要性 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(guān)系原理 239
8.2.6 包體原理 239
8.2.7 不整合 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(jù) 243
8.3.1 化石類型 243
8.3.2 保留化石的條件 244
8.4 巖層對比 244
8.4.1 有限區(qū)域內(nèi)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(jié)構(gòu)回顧 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(zhì)年代表 250
8.6.1 年代表的結(jié)構(gòu) 250
8.6.2 前寒武紀 250
8.6.3 術(shù)語和地質(zhì)年代表 251
8.7 確定沉積巖的絕對年代 252
概念回顧：地質(zhì)年代 253
思考題 254
第5單元 全球海洋
第9章 海洋：最后的凈土 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(gòu)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 繪制海底地形圖 263
9.4.2 從太空繪制海底地形圖 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 268
9.6 深海盆地的特征 269
9.6.1 深海溝 269
9.6.2 深海平原 269
9.6.3 海底火山結(jié)構(gòu) 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(shù)據(jù)寶庫 273
概念回顧：海洋：最后的凈土 274
思考題 276
第10章 動蕩的海洋 278
10.1 海洋的表層流 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(huán)流 282
10.2.1 海岸上升流 282
10.2.2 深海環(huán)流 283
10.3 海岸：一個動態(tài)界面 284
10.4 波浪 285
10.4.1 波浪的特征 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 沉積特征 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
概念回顧：動蕩的海洋 302
思考題 304
第6單元 動態(tài)大氣
第11章 大 氣 加 熱 306
11.1 關(guān)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 大氣的垂向結(jié)構(gòu) 312
11.3.1 壓力變化 312
11.3.2 溫度變化 313
11.4 地日關(guān)系 315
11.4.1 地球運動 315
11.4.2 四季的成因 315
11.4.3 地球的方向 316
11.4.4 夏至/冬至和春分/秋分 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(fā)生了什么？ 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
11.7 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 一些可能的后果 326
11.8 氣溫數(shù)據(jù) 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 云量和反照率 331
11.10 氣溫的全球分布 332
概念回顧：加熱大氣 333
思考題 335
第12章 濕度、云和降水 337
12.1 水的相變 338
12.1.1 冰、液態(tài)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 混合比 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 云的形成基礎(chǔ)：絕熱冷卻 344
12.3.1 霧、露和云的形成 344
12.3.2 絕熱溫度變化 345
12.3.3 絕熱冷卻和凝結(jié) 345
12.4 空氣上升過程 346
12.4.1 地形抬升 346
12.4.2 鋒面楔入 347
12.4.3 輻合 347
12.4.4 局地對流抬升 347
12.5 天氣的形成：大氣穩(wěn)定度 348
12.5.1 穩(wěn)定度類型 349
12.5.2 穩(wěn)定度和日常天氣 350
12.6 凝結(jié)和云的形成 351
12.6.1 云的分類 351
12.7 霧 354
12.7.1 冷卻霧 354
12.7.2 蒸發(fā)霧 355
12.8 降水的形成 357
12.8.1 冷云降水：伯杰龍過程 358
12.8.2 暖云降水：碰并過程 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 降水的測量 362
12.10.1 降雪測量 362
12.10.2 天氣雷達測量降水 362
概念回顧：濕度、云和降水 363
思考題 365
第13章 大氣運動 367
13.1 了解氣壓 368
13.1.1 氣壓可視化 369
13.1.2 測量氣壓 369
13.2 影響風的因素 370
13.2.1 科里奧利效應 372
13.2.2 地面摩擦力 373
13.3 高壓與低壓 375
13.3.1 氣旋風和反氣旋風 375
13.3.2 與高壓和低壓相關(guān)的天氣 376
13.4 大氣環(huán)流 377
13.4.1 地球不自轉(zhuǎn)時的環(huán)流 377
13.4.2 理想的全球環(huán)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 山風和谷風 380
13.5.3 欽諾克風和圣塔安娜風 381
13.6 風的觀測 382
13.7 全球降水分布 383
概念回顧：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 氣團是什么？ 388
14.1.2 氣團的發(fā)源地 388
14.1.3 與氣團相關(guān)的天氣 389
14.2 鋒面 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 中緯度氣旋 394
14.3.1 理想的中緯度氣旋天氣 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(fā)展的各個階段 399
14.5 龍卷風 400
14.5.1 龍卷風的形成和發(fā)展 401
14.5.2 龍卷風的破壞性 403
14.5.3 龍卷風預報 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
概念回顧：天氣模式和惡劣天氣 411
思考題 413
第7單元 地球在宇宙中的位置
第15章 太陽系的特點 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(xiàn)代天文學的誕生 419
15.2.1 哥白尼 419
15.2.2 第谷 420
15.2.3 開普勒 420
15.2.4 伽利略 422
15.2.5 牛頓 424
15.3 太陽系概述 425
15.3.1 星云說：太陽系的形成 425
15.3.2 行星：內(nèi)部結(jié)構(gòu)和大氣層 427
15.3.3 行星碰撞 429
15.4 地球的衛(wèi)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(nèi)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(yōu)雅的行星 439
15.6.3 天王星和海王星：雙胞胎 441
15.7 太陽系中的小型天體 442
15.7.1 小行星：剩下的星子 443
15.7.2 彗星：“臟雪球” 444
15.7.3 彗星的范圍：柯伊伯帶和奧爾特
云帶 445
15.7.4 流星：地球的造訪者 445
15.7.5 矮行星 447
概念回顧：太陽系的性質(zhì) 448
思考題 450
第16章 系外宇宙 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(zhì)：星星的溫床 455
16.2.1 亮星云 455
16.2.2 暗星云 457
16.3 恒星分類：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 星系和星團 464
16.6.1 星系分類 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(jù) 467
16.7.2 大爆炸理論的預言 468
16.7.3 宇宙的命運是什么？ 468
概念回顧：系外宇宙 468
思考題 470
附錄A 公制和英制單位的換算 472
A.1 單位 472
A.2 換算 472
附錄B 地球的網(wǎng)格系統(tǒng) 474
B.1 緯度和經(jīng)度 474
B.2 距離測量 474
附錄C 相對濕度和露點溫度對照表 476
附錄D 恒星的性質(zhì) 478
D.1 測量到最近恒星的距離 478
D.2 恒星的亮度 478
D.3 視星等 478
D.4 絕對星等 479
D.5 恒星的顏色和溫度 479
D.6 雙星和恒星質(zhì)量 480
D.7 多普勒效應 480
詞匯表 482