環(huán)境地球科學(xué)

前言

《地球科學(xué)進(jìn)展與評(píng)論》(Advances in Earth Sciences)是中國(guó)地球科學(xué)促進(jìn)會(huì)①在國(guó)內(nèi)出版的第一套中文系列叢書(shū)。該學(xué)會(huì)于1999年成立，其成員為在國(guó)外地學(xué)界任教和從事研究工作的華人學(xué)者。學(xué)會(huì)的宗旨是交流國(guó)際上地球科學(xué)發(fā)展的最新進(jìn)展和成果，協(xié)助中國(guó)地學(xué)界與國(guó)外的合作和促進(jìn)中國(guó)地學(xué)的發(fā)展。我們希望通過(guò)國(guó)內(nèi)外華人學(xué)者的努力，進(jìn)一步振興中國(guó)地球科學(xué)事業(yè)，使中國(guó)能盡快成為世界地學(xué)強(qiáng)國(guó)。學(xué)會(huì)的活動(dòng)包括在國(guó)內(nèi)舉辦地球科學(xué)年度講座，出版中文書(shū)籍介紹世界地學(xué)界的新領(lǐng)域和新進(jìn)展，與國(guó)內(nèi)學(xué)者共同舉辦學(xué)術(shù)會(huì)議，與國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行科研合作，協(xié)助在國(guó)內(nèi)創(chuàng)辦世界一流的地學(xué)研究所，協(xié)助并參與國(guó)內(nèi)地學(xué)研究的運(yùn)作，如幫助國(guó)內(nèi)雜志審稿和編輯以及科技咨詢等等?！兜厍蚩茖W(xué)進(jìn)展與評(píng)論》的目的是向國(guó)內(nèi)讀者介紹世界地球科學(xué)發(fā)展的前沿。我們希望本叢書(shū)能幫助眾多讀者了解國(guó)際地學(xué)界研究動(dòng)態(tài)，很快進(jìn)入新的研究領(lǐng)域并找到新的研究課題。為了適應(yīng)更多的讀者，每個(gè)課題的介紹盡量深入淺出，起點(diǎn)都比較低，基本原理的解釋比較詳細(xì)，但終點(diǎn)都達(dá)到該課題的最新成就并包括作者對(duì)未來(lái)的展望。每篇文章都附有大量參考文獻(xiàn)，以便讀者追根溯源。我們計(jì)劃以后每年配合本促進(jìn)會(huì)的年度講座出版一卷《地球科學(xué)進(jìn)展與評(píng)論》，作者將包括國(guó)內(nèi)外地學(xué)界的專家。我們希望通過(guò)幾年的努力，《地球科學(xué)進(jìn)展與評(píng)論》能與《Annual Reviews of Earth and Planetary Sciences》、《Earth Sci-ence Reviews》和《Reviews of Geophysics》并駕齊驅(qū)。

內(nèi)容概要

本書(shū)是中國(guó)地球科學(xué)促進(jìn)會(huì)(IPACES)主編的《地球科學(xué)進(jìn)展與評(píng)論》第四卷。書(shū)中收錄了反映現(xiàn)代環(huán)境地球科學(xué)的一些前沿研究方向的10篇文章。第一章綜述了表生地球化學(xué)環(huán)境中具有重要意義的鐵氧化物和硫化物與微生物之間的相互作用，以及如何將生物化學(xué)和環(huán)境微生物學(xué)的成熟方法如微生物細(xì)胞膜上脂肪酸和呼吸醌移植到地質(zhì)微生物學(xué)研究上。第二章介紹了近期在深海碳儲(chǔ)存方面的研究，包括在海水中的實(shí)地實(shí)驗(yàn)研究，以探討二氧化碳與海水反應(yīng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)方面的有關(guān)理論進(jìn)展，以及溶于海水的二氧化碳對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響。第三章回顧了陸面過(guò)程模型的發(fā)展歷程，總結(jié)了陸面過(guò)程建模的基本框。架及其典型的輸人輸出，并探討了陸面過(guò)程模型的未來(lái)發(fā)展方向。第四章概述了估算水流和溶質(zhì)在流域中運(yùn)移時(shí)間(或滯留時(shí)間)的幾種方法，包括測(cè)年法、示蹤試驗(yàn)穿透曲線法、卷積法，以及譜分析法，并重點(diǎn)介紹了譜分析技術(shù)的最新發(fā)展。第五章介紹了作者們近年來(lái)通過(guò)將水文模型、空間統(tǒng)計(jì)、時(shí)間序列分析、非線性理論、空間信息技術(shù)(GIS)和遙感圖像處理技術(shù)等相結(jié)合開(kāi)展加拿大大多倫多地區(qū)水系統(tǒng)研究的一些成果，以期對(duì)其他地區(qū)開(kāi)展類似研究有借鑒意義。第六章側(cè)重于研究非均勻流場(chǎng)中描述捕獲區(qū)中常遇到的由區(qū)域流動(dòng)與徑向流動(dòng)相互作用時(shí)的溶質(zhì)遷移問(wèn)題。第七章綜合介紹了近年來(lái)發(fā)展的三維非平穩(wěn)地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移隨機(jī)模型的理論和方法，并將其中的矩方程方法應(yīng)用于實(shí)際，預(yù)報(bào)了尤卡山(Yucca Mountain)飽和帶中放射性核廢料運(yùn)移的規(guī)律，驗(yàn)證了矩方程數(shù)值方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。第八章系統(tǒng)地回顧了近20年來(lái)地下水污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)的研究成果，分別介紹了統(tǒng)計(jì)方法、模擬方法和模擬一優(yōu)化模型等監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)方法的研究進(jìn)展。第九章以中國(guó)香港吐露港為例，探討了地下水與海水之間的相互作用，包括地下水排泄量以及通過(guò)地下水流人海里的營(yíng)養(yǎng)鹽的量化。第十章描述了一套高精度通用滲透實(shí)驗(yàn)裝置，可用于高圍壓及高空隙水壓力條件下用定水位、定流量或壓力脈沖三種不同方法測(cè)試巖石的水力滲透系數(shù)。我們相信本書(shū)能為對(duì)環(huán)境地球科學(xué)感興趣的廣大科研工作者和學(xué)生提供一本十分及時(shí)、有用的參考文獻(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介

鄭春苗1983年獲成都理理工大學(xué)(原成都地質(zhì)學(xué)院)學(xué)士學(xué)位，1988年獲美國(guó)威斯康星(麥迪遜)大學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任美國(guó)亞拉巴馬大學(xué)教授和中國(guó)北京大學(xué)水資源研究中心講座教授、主任；已主持30余項(xiàng)美國(guó)和中國(guó)政府資助的科研項(xiàng)目；2006年獲中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)海外青年合作基金(水文地質(zhì)類)；撰寫專著Applied ContaminantTransport Modeling(1995年初版，2002年再版)，發(fā)表論文100余篇；開(kāi)發(fā)了地下水污染模擬標(biāo)準(zhǔn)軟件MT3D和MT3DMS，在100多個(gè)國(guó)家得到廣泛使用；提出了小尺度優(yōu)先水流通道對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移有控制作用的新觀點(diǎn)和理論依據(jù)，在非均質(zhì)性對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移影響機(jī)理的研究中開(kāi)辟了新途徑；將先進(jìn)的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法與復(fù)雜的野外條件相結(jié)合，在地下水污染治理方案設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)和可持續(xù)性管理研究中取得了一系列成果；目前擔(dān)任國(guó)際學(xué)術(shù)刊物Ground Water和Journal ofHydrology副主編，美國(guó)國(guó)家科研委員會(huì)f National Research Council)水文科學(xué)小組成員，國(guó)際水文科協(xié)(IAHS)國(guó)際地下水委員會(huì)主席(2009--2013)；美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)Fellow；美國(guó)地下水協(xié)會(huì)1998年度John Hom杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)獲得者；美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)2009年度水文地質(zhì)學(xué)杰出講席(Birdsall-Dreiss Distinguished Lecturer)。馮夏紅(FENG Xiahong)1982年獲北京大學(xué)學(xué)士學(xué)位，1985年獲北京大學(xué)碩士學(xué)位，1991年獲美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院教授及Frederick Hall講席教授；已主持和參加20余項(xiàng)美國(guó)和中國(guó)政府資助的科研項(xiàng)目；發(fā)表論文50余篇；主要成果包括沸石氧同位素交換的熱力學(xué)和動(dòng)力性質(zhì)，植物中氫、氧同位素在氣候及環(huán)境研究中的意義和應(yīng)用，土壤碳循環(huán)及碳同位素的應(yīng)用，溶質(zhì)在積雪中的運(yùn)移特征及季節(jié)性融雪對(duì)地表水質(zhì)的影響，氧同位素在積雪中的變化特征及其對(duì)水文化學(xué)研究的意義，地表水化學(xué)變化的時(shí)間尺度及其對(duì)溶質(zhì)、污染物運(yùn)移的影響；曾經(jīng)擔(dān)任國(guó)際期刊Journal of Hydrology副主編。

書(shū)籍目錄

第一章  地質(zhì)微生物學(xué)的研究技術(shù)和方法  1.1  地質(zhì)微生物學(xué)的興起——巖石圈和生物圈間的交叉  1.2  分子生物標(biāo)志物的結(jié)構(gòu)和碳同位素——地球化學(xué)和微生物生態(tài)學(xué)的橋梁  1.3  應(yīng)用于表征生物成因礦物以及表面相互作用的微觀分析技術(shù)    1.3.1  透射電鏡、選區(qū)電子衍射和電子色散譜儀用于含微生物樣品的制備    1.3.2  穆斯堡爾譜在鐵氧化物的氧化還原狀態(tài)和磁性特征中的應(yīng)用  1.4 X射線吸收光譜——應(yīng)用于礦物表面與微生物作用的研究  1.5  結(jié)論與展望  致謝  參考文獻(xiàn)第二章  海水中的碳儲(chǔ)存  2.1  引言    2.1.1  地球上的碳    2.1.2  全球氣候變化  2.2  二氧化碳-水體系的性質(zhì)和相圖  2.3  二氧化碳釋放到海水的一些模擬  2.4  注入二氧化碳到海水中的實(shí)地實(shí)驗(yàn)  2.5  二氧化碳液珠在海水中溶解的理論處理  2.6  二氧化碳注入海水對(duì)海洋環(huán)境的影響  致謝  參考文獻(xiàn)第三章  陸面過(guò)程模型發(fā)展綜述及建模  3.1  引言  3.2  目標(biāo)  3.3  背景綜述  3.4  陸面過(guò)程(大尺度水文)模型的基本結(jié)構(gòu)  3.5  模型的輸入和輸出  3.6  評(píng)論  致謝  參考文獻(xiàn)第四章  流域尺度下水與溶質(zhì)滯留時(shí)間的研究  4.1  引言  4.2  年齡測(cè)定法  4.3  穿透曲線(Breakthrough Curves)  4.4  卷積法  4.5  譜分析法——運(yùn)移時(shí)間分布  4.6  結(jié)論和新的研究方向  致謝  參考文獻(xiàn)第五章  基于時(shí)間一空間一頻率模型和GIs技術(shù)開(kāi)展加拿大大多倫多地區(qū)水系統(tǒng)研究  5.1  引言  5.2  加拿大大多倫多橡樹(shù)嶺冰磧地區(qū)介紹  5.3  水系統(tǒng)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型    5.3.1  地下水對(duì)地表水的補(bǔ)給    5.3.2  降雨與河流地表徑流的時(shí)間序列特征    5.3.3  河流地表徑流預(yù)測(cè)    5.3.4  洪水作為異常河流徑流  5.4  結(jié)論  致謝  參考文獻(xiàn)”第六章  非均勻流場(chǎng)中的對(duì)流遷移及表觀彌散  6.1  引言  6.2  垂直與區(qū)域流動(dòng)連續(xù)線源問(wèn)題的表觀彌散    6.2.1  問(wèn)題提出    6.2.2  數(shù)學(xué)模型    6.2.3  結(jié)果分析  6.3  線源與區(qū)域流動(dòng)不垂直情況下的表觀彌散    6.3.1  首次到達(dá)粒子的線源點(diǎn)    6.3.2  傾斜線源的BTcs  6.4  有限時(shí)間線源條件下反應(yīng)性溶質(zhì)的表觀彌散  6.5  討論  6.6  結(jié)論  致謝  附錄A：遷移時(shí)間推導(dǎo)  附錄B：u0的推導(dǎo)  參考文獻(xiàn)第七章  非平穩(wěn)介質(zhì)中地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移的隨機(jī)模擬研究  7.1  引言  7.2  水頭和滲透流速各階矩  7.3  溶質(zhì)質(zhì)量通量各階矩  7.4  概率密度函數(shù)表達(dá)式  7.5  數(shù)值計(jì)算    7.5.1  地下水流問(wèn)題數(shù)值解    7.5.2  溶質(zhì)運(yùn)移問(wèn)題數(shù)值解  7.6  矩方程數(shù)值方法    7.6.1  網(wǎng)格大小    7.6.2  溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)密度  7.7  非平穩(wěn)滲透系數(shù)場(chǎng)中的地下水流和溶質(zhì)通量  7.8  三維矩方程數(shù)值法在尤卡山環(huán)評(píng)項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用  7.9  結(jié)論  致謝  附錄A：式(7.20)～式(7.22)中A1，A2，B，C1，C2，D1和D2的表達(dá)式  附錄B：協(xié)方差函數(shù)  參考文獻(xiàn)第八章  地下水污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展  8.1  引言  8.2  地下水污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)研究方法    8.2.1  統(tǒng)計(jì)方法    8.2.2  數(shù)值模擬方法    8.2.3  模擬-優(yōu)化模型方法  8.3  實(shí)例研究    8.3.1  場(chǎng)地條件下的污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)    8.3.2  考慮參數(shù)不確定性的污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)  8.4  結(jié)論與展望  致謝  參考文獻(xiàn)第九章  中國(guó)香港吐露港地下水排泄的初步研究  9.1  引言  9.2  水樣采集與分折  9.3  結(jié)果分析  9.4  結(jié)論  致謝  參考文獻(xiàn)第十章  巖土材料水力力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)技術(shù)  10.1  引言  10.2  室內(nèi)滲透實(shí)驗(yàn)理論解析  10.3  高精度通用滲透實(shí)驗(yàn)裝置  10.4  實(shí)驗(yàn)方法及校核實(shí)驗(yàn)    10.4.1  施加空隙水壓力    10.4.2  定水位滲透實(shí)驗(yàn)    10.4.3  定流量滲透實(shí)驗(yàn)    10.4.4  壓力脈沖滲透實(shí)驗(yàn)    10.4.5  校核滲透實(shí)驗(yàn)  10.5  結(jié)論  致謝  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《環(huán)境地球科學(xué):地球科學(xué)進(jìn)展與評(píng)論(第4卷)》內(nèi)容盡管并不能包含環(huán)境地球科學(xué)的方方面面，但是其中收錄的文章無(wú)疑體現(xiàn)了現(xiàn)代環(huán)境地球科學(xué)的一些前沿課題?！董h(huán)境地球科學(xué):地球科學(xué)進(jìn)展與評(píng)論(第4卷)》內(nèi)容涉及全球氣候變化、二氧化碳封存、地質(zhì)微生物學(xué)方法與應(yīng)用、水循環(huán)模擬、流域管理、水質(zhì)污染與監(jiān)測(cè)等多個(gè)方面。

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