環(huán)境地球科學

前言

《地球科學進展與評論》(Advances in Earth Sciences)是中國地球科學促進會①在國內(nèi)出版的第一套中文系列叢書。該學會于1999年成立，其成員為在國外地學界任教和從事研究工作的華人學者。學會的宗旨是交流國際上地球科學發(fā)展的最新進展和成果，協(xié)助中國地學界與國外的合作和促進中國地學的發(fā)展。我們希望通過國內(nèi)外華人學者的努力，進一步振興中國地球科學事業(yè)，使中國能盡快成為世界地學強國。學會的活動包括在國內(nèi)舉辦地球科學年度講座，出版中文書籍介紹世界地學界的新領(lǐng)域和新進展，與國內(nèi)學者共同舉辦學術(shù)會議，與國內(nèi)學者進行科研合作，協(xié)助在國內(nèi)創(chuàng)辦世界一流的地學研究所，協(xié)助并參與國內(nèi)地學研究的運作，如幫助國內(nèi)雜志審稿和編輯以及科技咨詢等等?！兜厍蚩茖W進展與評論》的目的是向國內(nèi)讀者介紹世界地球科學發(fā)展的前沿。我們希望本叢書能幫助眾多讀者了解國際地學界研究動態(tài)，很快進入新的研究領(lǐng)域并找到新的研究課題。為了適應(yīng)更多的讀者，每個課題的介紹盡量深入淺出，起點都比較低，基本原理的解釋比較詳細，但終點都達到該課題的最新成就并包括作者對未來的展望。每篇文章都附有大量參考文獻，以便讀者追根溯源。我們計劃以后每年配合本促進會的年度講座出版一卷《地球科學進展與評論》，作者將包括國內(nèi)外地學界的專家。我們希望通過幾年的努力，《地球科學進展與評論》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

本書是中國地球科學促進會(IPACES)主編的《地球科學進展與評論》第四卷。書中收錄了反映現(xiàn)代環(huán)境地球科學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和環(huán)境微生物學的成熟方法如微生物細胞膜上脂肪酸和呼吸醌移植到地質(zhì)微生物學研究上。第二章介紹了近期在深海碳儲存方面的研究，包括在海水中的實地實驗研究，以探討二氧化碳與海水反應(yīng)的化學動力學和流體動力學方面的有關(guān)理論進展，以及溶于海水的二氧化碳對海洋生態(tài)環(huán)境的影響。第三章回顧了陸面過程模型的發(fā)展歷程，總結(jié)了陸面過程建模的基本框。架及其典型的輸人輸出，并探討了陸面過程模型的未來發(fā)展方向。第四章概述了估算水流和溶質(zhì)在流域中運移時間(或滯留時間)的幾種方法，包括測年法、示蹤試驗穿透曲線法、卷積法，以及譜分析法，并重點介紹了譜分析技術(shù)的最新發(fā)展。第五章介紹了作者們近年來通過將水文模型、空間統(tǒng)計、時間序列分析、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，以期對其他地區(qū)開展類似研究有借鑒意義。第六章側(cè)重于研究非均勻流場中描述捕獲區(qū)中常遇到的由區(qū)域流動與徑向流動相互作用時的溶質(zhì)遷移問題。第七章綜合介紹了近年來發(fā)展的三維非平穩(wěn)地下水流和溶質(zhì)運移隨機模型的理論和方法，并將其中的矩方程方法應(yīng)用于實際，預(yù)報了尤卡山(Yucca Mountain)飽和帶中放射性核廢料運移的規(guī)律，驗證了矩方程數(shù)值方法在實際應(yīng)用中的可行性。第八章系統(tǒng)地回顧了近20年來地下水污染監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計的研究成果，分別介紹了統(tǒng)計方法、模擬方法和模擬一優(yōu)化模型等監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計方法的研究進展。第九章以中國香港吐露港為例，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地下水流人海里的營養(yǎng)鹽的量化。第十章描述了一套高精度通用滲透實驗裝置，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試巖石的水力滲透系數(shù)。我們相信本書能為對環(huán)境地球科學感興趣的廣大科研工作者和學生提供一本十分及時、有用的參考文獻。

作者簡介

鄭春苗1983年獲成都理理工大學(原成都地質(zhì)學院)學士學位，1988年獲美國威斯康星(麥迪遜)大學博士學位，現(xiàn)任美國亞拉巴馬大學教授和中國北京大學水資源研究中心講座教授、主任；已主持30余項美國和中國政府資助的科研項目；2006年獲中國國家自然科學基金委員會海外青年合作基金(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；開發(fā)了地下水污染模擬標準軟件MT3D和MT3DMS，在100多個國家得到廣泛使用；提出了小尺度優(yōu)先水流通道對溶質(zhì)運移有控制作用的新觀點和理論依據(jù)，在非均質(zhì)性對溶質(zhì)運移影響機理的研究中開辟了新途徑；將先進的數(shù)學優(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、監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計和可持續(xù)性管理研究中取得了一系列成果；目前擔任國際學術(shù)刊物Ground Water和Journal ofHydrology副主編，美國國家科研委員會f National Research Council)水文科學小組成員，國際水文科協(xié)(IAHS)國際地下水委員會主席(2009--2013)；美國地質(zhì)學會Fellow；美國地下水協(xié)會1998年度John Hom杰出貢獻獎獲得者；美國地質(zhì)學會2009年度水文地質(zhì)學杰出講席(Birdsall-Dreiss Distinguished Lecturer)。馮夏紅(FENG Xiahong)1982年獲北京大學學士學位，1985年獲北京大學碩士學位，1991年獲美國凱斯西儲大學博士學位，現(xiàn)任美國達特茅斯學院教授及Frederick Hall講席教授；已主持和參加20余項美國和中國政府資助的科研項目；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和動力性質(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)在積雪中的運移特征及季節(jié)性融雪對地表水質(zhì)的影響，氧同位素在積雪中的變化特征及其對水文化學研究的意義，地表水化學變化的時間尺度及其對溶質(zhì)、污染物運移的影響；曾經(jīng)擔任國際期刊Journal of Hydrology副主編。

書籍目錄

第一章  地質(zhì)微生物學的研究技術(shù)和方法  1.1  地質(zhì)微生物學的興起——巖石圈和生物圈間的交叉  1.2  分子生物標志物的結(jié)構(gòu)和碳同位素——地球化學和微生物生態(tài)學的橋梁  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  參考文獻第二章  海水中的碳儲存  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地實驗  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海洋環(huán)境的影響  致謝  參考文獻第三章  陸面過程模型發(fā)展綜述及建模  3.1  引言  3.2  目標  3.3  背景綜述  3.4  陸面過程(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  評論  致謝  參考文獻第四章  流域尺度下水與溶質(zhì)滯留時間的研究  4.1  引言  4.2  年齡測定法  4.3  穿透曲線(Breakthrough Curves)  4.4  卷積法  4.5  譜分析法——運移時間分布  4.6  結(jié)論和新的研究方向  致謝  參考文獻第五章  基于時間一空間一頻率模型和GIs技術(shù)開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嶺冰磧地區(qū)介紹  5.3  水系統(tǒng)預(yù)測評價模型    5.3.1  地下水對地表水的補給    5.3.2  降雨與河流地表徑流的時間序列特征    5.3.3  河流地表徑流預(yù)測    5.3.4  洪水作為異常河流徑流  5.4  結(jié)論  致謝  參考文獻”第六章  非均勻流場中的對流遷移及表觀彌散  6.1  引言  6.2  垂直與區(qū)域流動連續(xù)線源問題的表觀彌散    6.2.1  問題提出    6.2.2  數(shù)學模型    6.2.3  結(jié)果分析  6.3  線源與區(qū)域流動不垂直情況下的表觀彌散    6.3.1  首次到達粒子的線源點    6.3.2  傾斜線源的BTcs  6.4  有限時間線源條件下反應(yīng)性溶質(zhì)的表觀彌散  6.5  討論  6.6  結(jié)論  致謝  附錄A：遷移時間推導(dǎo)  附錄B：u0的推導(dǎo)  參考文獻第七章  非平穩(wěn)介質(zhì)中地下水流和溶質(zhì)運移的隨機模擬研究  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)表達式  7.5  數(shù)值計算    7.5.1  地下水流問題數(shù)值解    7.5.2  溶質(zhì)運移問題數(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)點密度  7.7  非平穩(wěn)滲透系數(shù)場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)評項目中的實際應(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的表達式  附錄B：協(xié)方差函數(shù)  參考文獻第八章  地下水污染監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計研究進展  8.1  引言  8.2  地下水污染監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計研究方法    8.2.1  統(tǒng)計方法    8.2.2  數(shù)值模擬方法    8.2.3  模擬-優(yōu)化模型方法  8.3  實例研究    8.3.1  場地條件下的污染監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計    8.3.2  考慮參數(shù)不確定性的污染監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計  8.4  結(jié)論與展望  致謝  參考文獻第九章  中國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  參考文獻第十章  巖土材料水力力學性質(zhì)的實驗室實測技術(shù)  10.1  引言  10.2  室內(nèi)滲透實驗理論解析  10.3  高精度通用滲透實驗裝置  10.4  實驗方法及校核實驗    10.4.1  施加空隙水壓力    10.4.2  定水位滲透實驗    10.4.3  定流量滲透實驗    10.4.4  壓力脈沖滲透實驗    10.4.5  校核滲透實驗  10.5  結(jié)論  致謝  參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《環(huán)境地球科學:地球科學進展與評論(第4卷)》內(nèi)容盡管并不能包含環(huán)境地球科學的方方面面，但是其中收錄的文章無疑體現(xiàn)了現(xiàn)代環(huán)境地球科學的一些前沿課題?！董h(huán)境地球科學:地球科學進展與評論(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)測等多個方面。

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