生物地球化學循環(huán)

內容概要

　　本書不僅對地球系統(tǒng)的各個組分(固體地球、大氣、海洋及生物圈)進行了介紹，還從化學基本原理出發(fā)，介紹了主要化學元素(碳、氮、磷、硫和氧)在這些組分間的全球生物地球化學循環(huán)，并利用模型對其進行廠數(shù)值模擬。本書的第1章、第2章和第3章依次給出生物地球化學循壞的介紹和基本原理的回顧(即基本的化學概念、地球系統(tǒng)的相關特點以及系統(tǒng)的關鍵物理、生物和化學過程)。第4章介紹了代表生物地球化學循環(huán)的數(shù)學形式，由一系列微分方程和解方程技巧表示。第5章、第6章、第7章和第8章分別討論并模擬了全球磷、碳、硫和氮的循壞。第9章綜合了磷、碳、硫和氮的循環(huán)，并討論了大氣中氧氣的穩(wěn)定性?？偟膩碚f，這是一本較綜合全面的生物地球化學循環(huán)參考書，其中的模型程序使學生可以與教師進行交互式工作，也可使個人和小組課題在教室外進行。

作者簡介

作者：（美國）席明之（W.L.Chameides ） （美國）珀杜（E.M.Perdue ） 譯者：張晶

書籍目錄

第1章生物地球化學循環(huán)及其在地球系統(tǒng)中的作用
　1.1引言
　1.2開放循環(huán)與封閉循環(huán)
　1.3我們?yōu)槭裁搓P心生物地球化學循環(huán)?
　1.4我們應該研究哪些元素?
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第2章化學熱力學原理
　2.1引言
　2.2基本要點
　2.3酸—堿平衡
　2.4相變
　2.5平衡在co2-h2o-ca系統(tǒng)中的應用
　　2.5.1純碳酸系統(tǒng)
　　2.5.2碳酸鈣系統(tǒng)
　2.6氧化還原性質
　　2.6.1價態(tài)
　　2.6.2氧化還原半反應
　　2.6.3氧化還原平衡
　2.7pe-ph穩(wěn)定性圖
　2.7，l水的pe-ph穩(wěn)定性圖
　　2.7.2簡單硫系統(tǒng)的pe-ph穩(wěn)定性圖
　　2.7.3pe-ph穩(wěn)定性圖中的亞穩(wěn)態(tài)邊界
　2.8結論
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　習題
第3章地球系統(tǒng)
　3.1引言
　3.2水圈
　　3.2.1海洋底部
　　3.2.2海洋的物理性質
　　3.2.3海洋化學
　　3.2.4海洋年齡——一個悖論?
　3.3巖石圈
　　3.3.1地殼中的巖石和礦物質
　　3.3.2板塊構造學說
　3.4大氣圈
　　3.4.1大氣的組成
　　3.4.2大氣的物理性質
　　3.4.3大氣風與湍流混合
　3.5生物圈
　　3.5.1新陳代謝過程
　　3.5.2生物圈的組成
　　3.5.3初級生產
　3.6結論
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　習題
第4章生物地球化學循環(huán)的數(shù)學模擬
　4.1引言
　4.2線性箱式模型
　4.3簡單的例子：生物地球化學大學一世界循環(huán)
　　4.3.1c1，世界的人數(shù)
　　4.3.2c2，大學的人數(shù)
　　4.3.3k2→1，從大學到世界的轉移系數(shù)
　　4.3.4k1→2，從世界到大學的轉移系數(shù)
　4.4運用微分方程模擬大學—世界循環(huán)
　　4.4.1第一組解
　　4.4.2第二組解
　　4.4. 3完全一般解
　　4.4.4例1：穩(wěn)態(tài)解
　　4.4.5例2：大學創(chuàng)立時期的初始狀態(tài)
　　4.4.6例3：擾動試驗
　　4.4.7小結
　4.5生物地球化學循環(huán)中的特征值和特征向量解法
　　4.5.1含n個儲庫的一般問題
　　4.5.2用向量矩陣形式設立問題
　　4.5.3特征值和特征向量問題一般解的獲取
　　4.5.4應用初始條件獲得特定解
　　4.5.5特征值和特征向量方法小結
　4.6運用boxes模擬生物地球化學循環(huán)的方法
　4.7結論
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　習題
第5章全球磷循環(huán)
　5.1引言
　5.2磷的氧化還原性質
　5.3磷循環(huán)的生物地球化學反應
　　5.3.1磷循環(huán)與生物圈的耦合——光合與呼吸
　　5.3.2磷循環(huán)與巖石圈的耦合——沉積與風化
　5.4磷的循環(huán)
　　5.4.1c1：沉積物儲庫
　　5.4.2c2：陸地土壤儲庫
　　5.4.3c3：陸地生物儲庫
　　5.4.4c4：海洋生物儲庫
　　5.4.5c5：表層海洋儲庫
　　5.4.6c6：深層海洋儲庫
　　5.4.7f2→1：陸地土壤儲庫到沉積物儲庫流量
　　5.4.8f2→3：陸地土壤儲庫到陸地生物儲庫流量
　　5.4.9f3→2：陸地生物儲庫到陸地土壤儲庫流量
　　5.4.10f2→5：陸地土壤儲庫到表層海洋儲庫流量
　　5.4.1lf5→4：表層海洋儲庫到海洋生物儲庫流量
　　5.4.12f4→5：海洋生物儲庫到表層海洋儲庫流量
　　5.4.13f4→6：海洋生物儲庫到深層海洋儲庫流量
　　5.4.14f5→6：表層海洋儲庫到深層海洋儲庫流量
　　5.4.15f6→5：深層海洋儲庫到表層海洋儲庫流量
　　5.4.16f6→1”深層海洋儲庫到沉積物儲庫流量
　　5.4.17f1→2：沉積物儲庫到陸地土壤儲庫流量
　　5.4.18建立矩陣k
　5.5運用boxes研究磷循環(huán)
　　5.5.1試驗1：驗證穩(wěn)態(tài)模型
　　5.5.2試驗2：人為活動的影響
　　5.5.3試驗3：光合作用加倍
　5.6結論
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　習題
第6章全球碳循環(huán)
　6.1引言
　6.2碳的氧化還原性質
　6.3工業(yè)化前碳的全球生物地球化學循環(huán)
　6.4人為排放的影響及其“留存大氣比例”
　　6.4.1運用boxes模型進行簡單模擬
　　6.4.2boxes模型的“準非線性”模擬
　6.5人為干擾的持續(xù)性
　6.6結論
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　習題
第7章全球硫循環(huán)
　7.1引言
　7.2硫的氧化還原性質
　7.3硫循環(huán)中的重要生物地球化學反應
　　7.3.1黃鐵礦(fes2)的形成與風化
　　7.3.2石膏(caso4?2h2o)的形成與風化
　7.4工業(yè)化前的全球硫循環(huán)
　7.5數(shù)值試驗1：二疊紀時期石膏沉積物增加的模擬
　7.6數(shù)值試驗2：人為干擾的影響和持續(xù)性
　7.7結論
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　習題
第8章全球氮循環(huán)
　8.1引言
　8.2氮的氧化還原性質
　8.3氮循環(huán)的關鍵生物地球化學反應
　　8.3.1氮的固定——生物固氮與非生物固氮
　　8.3.2氨的同化或光合作用
　　8.3.3同化硝酸鹽的還原
　　8.3.4氨化或礦化
　　8.3.5硝化
　　8.3.6氨的揮發(fā)
　　8.3.7大氣化學
　　8.3.8反硝化
　8.4工業(yè)革命以前的穩(wěn)態(tài)氮循環(huán)
　8.5數(shù)值試驗：人類擾動的影響及持續(xù)時間
　8.6結論
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　習題
第9章綜合循環(huán)：大氣氧的穩(wěn)定度
　9.1引言
　9.2短時間尺度內的氧循環(huán)：生物圈的連接
　9.3長時間尺度上的氧循環(huán)：巖石圈的連接
　9.4構建氧循環(huán)的數(shù)學模型
　　9.4.1微分方程
　　9.4.2流量數(shù)學表達式的推導
　　9.4.3方程求解
　9.5數(shù)值試驗1：再論二疊紀時期石膏沉積的加強
　　9.5.1試驗設置
　　9.5.2試驗結果
　9.6數(shù)值試驗2：世界末日情景
　9.7數(shù)值試驗3：利用氧循環(huán)來尋找“失蹤的碳”
　　9.7.1試驗設置
　　9.7.2試驗結果
　9.8結論，
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　習題
附錄平衡常數(shù)(25℃)
專業(yè)術語
索引
譯后記

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   板塊構造理論描述的是地球大陸和海洋持續(xù)移動和重新排列的機制。該理論的發(fā)展和驗證無疑是20世紀地球科學最重要的進步之一。然而，20世紀萌發(fā)的板塊構造學說實際上依據(jù)的是前人長期以來所奠定的智力基礎。對大陸漂移的推測早在20世紀前的許多協(xié)議和手稿中就已出現(xiàn)，其中包括17世紀哲學家Sir Francis Bacon的手稿。但正式提出了大陸漂移假說的是AlfredWegener。他在1915年出版的《大陸與海洋的起源》一書中提出，現(xiàn)在的大陸曾經是連在一起的超級大陸（他稱之為"盤古大陸"），這塊大陸在大約2億年前分裂成幾個較小的大陸，并且彼此分離。雖然Wegener的假說是以大量的地質學、古生物學和氣候學的數(shù)據(jù)為基礎，但是卻缺少能夠解釋大陸漂移可行的物理機制。也許就是因為這個原因，或者是因為他的假說和當時的地質學教條相對立，他的假說并未被他的同行所普遍接受。 到20世紀60年代末和70年代初，人們對Wegener理論的看法發(fā)生了根本的改變。通過古地磁測量和海洋學研究收集到的新數(shù)據(jù)，證明海底并不是一成不變的或靜態(tài)的，而是由大洋中脊向外擴展的。這種現(xiàn)象稱為"海底擴張"。海底擴張的發(fā)現(xiàn)，以及越來越多支持Wegener大陸漂移說的數(shù)據(jù)，最終迫使地球科學界接受了一個新的固體地球模型，這一模型甚至比Wegener的大陸漂移說更加具有創(chuàng)新性。這個模型就是大陸板塊漂移模型。 在板塊構造理論中，地球的外殼即巖石圈是由大約20個獨立的剛性板塊構成的，這些剛性板塊在地球內部地熱所驅動的對流作用下沿著地球表面獨立移動。巖石圈板塊下方為彈性更大的或液態(tài)的地幔，這部分地幔稱為"巖流圈"，它為板塊提供了有助于移動的一個足夠"濕滑的"界面。

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