High Pressure Geochemistry and Mineral Physics

High Pressure Geochemistry and Mineral Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd
作者:Mitra, S.
出品人:
页数:1272
译者:
出版时间:2005-1
价格:$ 292.67
装帧:HRD
isbn号码:9780444512666
丛书系列:
图书标签:
  • and
  • Physics
  • 地球化学
  • 矿物物理学
  • 高压
  • 地球科学
  • 岩石学
  • 地幔
  • 地球内部
  • 相图
  • 实验岩石学
  • 晶体结构
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具体描述

Significant achievements have been made at the cross-roads of physics and planetary science. In the second half of the twentieth century, the discipline of planetary sciences has witnessed three major episodes which have revolutionized its approach and content: the plate-tectonic theory; human landing and discoveries in planetary astronomy; and, the extraordinary technical advancement in high P-T studies, which have been abetted by a vast improvement in computational methods. Using these new computational methods, such as first principles including ab initio models, calculations have been made for the electronic structure, bonding, thermal EOS, elasticity, melting, thermal conductivity and diffusivity. In this monograph, the boundaries of the definitions of a petrologist, geochemist, geophysicist or a mineralogist have been willfully eliminated to bring them all under the spectrum of 'high-pressure geochemistry' when they deal with any material (quintessentially a chemical assemblage) - terrestrial or extraterrestrial - under the conditions of high-pressure and temperature. Thus, a petrologist using a spectrometer or any instrument for high-pressure studies of a rock or a mineral, or a geochemist using them for chemical synthesis and characterization, is better categorized as a 'high-pressure geochemist' rather than any other kind of disciplinarian. The contents of this monograph bring together, under one cover, apparently disparate disciplines like solid-earth geophysics and geochemistry as well as material science and condensed-matter physics to present a thorough overview of high pressure geochemistry. Indeed, such interdisciplinary activities led to the discovery of new phenomena such as high P-T behaviour in metal oxides (e.g. Mott transition), novel transitions such as amorphization, changes in order-disorder in crystals and the anomalous properties of oxide melts.

现代地球科学前沿:地球深部过程与物质循环 本书旨在为地球科学领域的学者、研究人员以及高年级学生提供一个全面、深入的视角,探讨地球内部从地壳到地核的物质组成、结构演化及其驱动的全球性物理化学过程。本书不涉及高压地球化学或矿物物理学的特定实验技术或理论模型,而是聚焦于地球深部过程如何塑造我们所见的地表环境、驱动板块构造以及控制地球的整体演热史。 --- 第一部分:地球的宏观结构与动力学背景 本部分建立理解地球深部过程所需的基础框架,侧重于地球物理观测证据如何推导出内部的宏观结构和动态行为。 第一章:地震波速度结构与地球分层 详细考察地震学作为探测地球内部信息的首要工具所提供的证据。我们将剖析P波和S波在不同深度、不同介质中的传播速度变化,如何揭示地壳、地幔(上地幔、过渡带、下地幔)以及地核(外核、内核)的精确界面位置和物质状态(固态、液态)。重点讨论地震波各向异性现象,解释其对地幔物质流变学和深部岩石取向的指示意义。此外,还将探讨低速带(如地幔热点区域和俯冲板片根部)的形成机制,以及它们对深部物质循环的影响。 第二章:地幔对流与板块构造的驱动力 本章深入探讨驱动地球表面动态活动——板块构造——的根本机制:地幔对流。我们首先回顾经典的热力学对流模型,随后转向更现实的、考虑岩石非线性粘滞性和有限应变速率的流变学模型。详细分析俯冲带(作为最主要的冷却通道)和上升洋中脊(作为最主要的物质输入端)如何构建起有效的循环回路。讨论俯冲板片深达地幔深处的证据,以及这些“死亡板片”如何影响下地幔的物质传输和热量分配。分析地幔柱的起源与演化,及其与大洋岩石圈和大陆岩石圈的关系。 第三章:地球热演化与热流密度 探讨地球内部的热量来源、传输机制与散热过程。热量主要来源于放射性元素衰变(如铀、钍、钾)和行星吸积残余热。详细分析热量在岩石圈、地幔和地核之间的传递方式(传导、对流),并阐述地表热流测量数据如何被用来反演地幔深部的温度场。讨论地核冷却速率对地磁场维持的重要性,以及地幔/地核边界的热边界层(Thermal Boundary Layer, TBL)的物理化学特征。 --- 第二部分:地幔的物质组成与地球化学指纹 本部分侧重于从地表采集到的岩石样本(特别是深源岩浆和地幔捕虏体)出发,反演地幔的原始组成、演化历史及其化学异质性。 第四章:地幔的化学分异与同位素示踪 本章重点介绍同位素地球化学在揭示地幔历史方面的应用。详细阐述惰性气体(如氦、氖、氩)、锶、钕、钐、铅、铈等长寿命和短寿命同位素体系在地幔源区示踪中的作用。通过分析大洋玄武岩(MORB)和地幔捕虏体中的同位素比值,区分出“原始地幔”(或富集地幔)与“再循环物质”(俯冲物质)的化学信号。探讨地幔柱源区的性质,区分“辫状流”(Plume-Lobe)模型与“地幔地毯”(Mantle Carpet)模型的同位素证据。 第五章:俯冲带的物质循环与深部水圈 水和挥发性物质在地幔对流中的作用是本章的核心。详细讨论水(H₂O)如何通过俯冲带进入地幔深部,以及水在不同压力和温度条件下(从地壳到俯冲板片尖端)对岩石物性(如粘度、熔点)的影响。分析在俯冲带中,水如何通过脱水反应迁移到上覆地幔楔,引发弧岩浆活动。探讨水在地球深部的存储库,特别是地幔过渡带和下地幔中含水相(如含水矿物或熔融体)的潜力。 第六章:大陆岩石圈的形成与稳定性 考察大陆地壳的形成过程,重点关注太古代和元古代的岩石学记录。分析地幔与早期地壳物质的相互作用如何导致大陆地壳的增生和分异。讨论大陆岩石圈地幔的特征——其相对于洋中脊地幔的独特化学组成、较高的稳定性以及对大规模对流的惰性。探讨岩石圈的剥离、地幔拔塞(Mantle delamination)等过程如何影响大陆地幔的组成和热结构。 --- 第三部分:地核的物理状态与地球发电机机制 本部分将视线转向地球的最深处,探讨地核的组成、相变以及其产生的地球磁场。 第七章:外核的液态动力学与地磁场起源 详细介绍地磁场的产生机制——地核发电机理论(Geodynamo)。重点分析外核的流动性如何通过科里奥利力、热驱动和化学驱动(如结晶分异)产生电流和磁场。讨论基于地磁场观测的“漂移”、“反转”等现象,以及这些现象如何约束外核流体的速度场和电导率。对比两种主要的发电机模型:热驱动模型与化学驱动模型,并评估它们对地核冷却历史的解释能力。 第八章:内核的生长与物性结构 探讨内核的形成过程及其对地球结构和磁场演化的长期影响。分析地震学证据如何界定内核的固态特性、晶体结构(各向异性)和其与外核之间的边界。讨论内核的结晶过程如何释放轻元素(如硫、硅、氧),这些轻元素进入外核,成为驱动地核发电机的重要化学驱动力。探讨内核的生长速率与地幔/地核边界的热交换速率之间的耦合关系。 第九章:地幔-地核边界(CMB)的界面物理化学 将焦点置于地幔与地核的接触面——地球内部最极端的界面之一。讨论CMB的结构特征,包括可能的化学反应层(如D''层)的形成机制。分析由于巨大的温度和压力梯度,CMB附近可能发生的物质传输、熔融或相变现象,以及这些过程如何影响热量从地核向地幔的传递,并可能在深部地幔化学异质性的积累中扮演角色。 --- 总结:深部过程对地表环境的长期反馈 全书最后将回归到地球科学的综合视角,强调深部地质过程(物质循环、热演化、磁场维持)如何通过火山活动、构造形变和大气演化等方式,对地球宜居环境的长期稳定性产生根本性的影响。本书强调,对地球深部过程的理解是构建完整地球系统科学模型的基石。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的叙述风格极其成熟、沉稳,带着一种老派科学家的严谨和对细节的偏执。它不像市面上流行的那些快速更新的教材,试图用最新的、未经充分检验的理论来吸引眼球。相反,它专注于建立一个宏大而稳固的理论基石,把精力放在那些经过时间考验的、具有普适性的物理化学原理上。我发现,即便是涉及最尖端的高压合成技术和同步辐射光源下的矿物结构分析,作者也处理得非常克制,总是先回溯到热力学第二定律和晶格振动理论,确保读者对“为什么会发生”有清晰的理解,而不是只关注“发生了什么”。这种注重基础、强调物理本质的处理方式,让这本书具有了极高的生命力,即使未来实验技术突飞猛进,其构建的理论框架依然是解读新数据的最佳起点。对于想要从事地球深部研究的学生来说,这本书提供的思维框架比任何单一的实验结果都更重要,它是地质学家迈向“理论物理学家”视角的一座桥梁。

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坦白说,刚翻开这本书的时候,我有点被那些密密麻麻的公式和图谱给震慑住了。这绝对不是那种可以轻松阅读的“科普读物”,它充满了硬核的物理化学和岩石学知识。但一旦你沉下心来,跟着作者的思路走,你会发现它强大的逻辑链条是如何一步步将你引向对地球深部过程的深刻洞察的。尤其让我印象深刻的是关于高压下流体行为的讨论,书中不仅详述了水在超临界状态下的溶解度和扩散机制,还结合了最新的原位高压实验结果,对俯冲带深部脱水过程进行了详尽的建模。这种将理论推导、实验验证和地球物理观测有机结合的叙事方式,使得整本书的论证显得无比有力。对我个人而言,我过去对俯冲带“蛇纹石化”的理解一直停留在概念层面,而这本书清晰地展示了在数 GPa 压力下,这些含水矿物的分解温度和释放路径是如何精确控制地壳物质的再循环,这种精细到原子尺度的解释,彻底颠覆了我以往的认知。这本书的价值在于,它教会你如何“思考”高压,而不是仅仅“记忆”高压下的物性参数。

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这本书的装帧和排版也透露出一种对知识本身的尊重。纸张的质感、墨水的清晰度,以及公式和晶体结构的示意图的精确度都堪称上乘。这种物理上的高品质,无形中也提升了阅读体验,让我在处理那些繁复的布拉维点群或空间群符号时,眼睛不容易感到疲劳。更值得称赞的是,它在引用部分的处理上非常严谨,几乎没有遗漏那些奠定现代高压矿物物理学基础的经典文献。当我试图追踪某一特定高压相的发现历史时,这本书总能提供最原始、最权威的文献线索。它不像一些新书那样只顾及追逐热点,而是以一种历史的眼光,梳理了高压地球化学从早期冲击波实验到现代金刚石砧技术的发展脉络。这本书不仅是关于“现在我们知道什么”,更是在告诉我们“我们是如何知道的”,这种历史纵深感,是任何快速电子资料所无法替代的。它更像是一部需要被收藏和世代研读的工具书,而非一次性的阅读材料。

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读完这本《高压地球化学与矿物物理学》,我最大的感受是它的“工程感”——是的,我指的是一种精确的、目标明确的构建感。它仿佛不是为了阐述某个单一的地球科学问题而写,而是为了系统性地构建一个预测地球深部物质行为的计算模型框架。书中对高压下电子结构和磁性变化的讨论,特别是如何利用密度泛函理论(DFT)来计算特定矿物的稳定性边界,非常具有操作性。它不仅仅是描述性的,更是预测性的。那些关于过渡金属在极端条件下的电子跃迁和自旋态转变的章节,对于理解地核-地幔边界附近的化学反应至关重要。我过去在处理地核金属熔融区相变时常常感到力不从心,但这本书提供了具体的计算路径和参数基准。它没有回避计算模拟中的局限性,反而坦诚地指出了当前模型在处理高熵合金体系时的挑战,这种坦诚恰恰是顶级学术著作的标志,它激励着我们去填补这些知识的空白。

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这本《高压地球化学与矿物物理学》绝对是地学研究领域的一股清流,它不仅仅是一本教科书,更像是一部带领我们潜入地球深处的探险指南。我记得我拿到这本书时,首先被它那严谨的结构和详实的图表所吸引。书的开头部分,作者并没有急于抛出复杂的理论模型,而是非常耐心地从基础的晶体化学和相变原理讲起,让人感觉每一步的逻辑推导都坚实可靠。特别是关于矿物结构在不同压力下的演化那一章,简直是教科书级别的范例。它没有停留在对现有实验数据的简单罗列,而是深入探讨了高压环境如何重塑物质的内在联系,用精确的数学语言描绘出地球内部那种我们肉眼无法触及的极端状态下的“行为艺术”。对于我这种想深入理解地幔物质循环和地球动力学基础的读者来说,这本书提供的理论框架极其宝贵,它为理解板块构造和火山成因提供了坚实的微观基础,让那些宏大的地球科学叙事拥有了可靠的分子级支撑。这本书的深度和广度,远超出了普通参考书的范畴,它更像是一份打开地球内核秘密的“密码本”,值得反复咀嚼。

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