地下地质动力学

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isbn号码:9787502028695
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具体描述

《地球深层结构与演化:岩石圈、地幔与地核的相互作用》 内容提要 本书深入剖析了地球内部圈层的结构、物质组成、动力学过程及其相互作用,聚焦于从地表到地核的宏大尺度地质现象。全书以现代地球物理学和地球化学的最新发现为基础,系统阐述了岩石圈的形成与破坏、地幔的对流模式与热力学行为、以及液态外核与固态内核的地球发电机效应。重点探讨了俯冲带深部过程如何影响地幔柱的形成,以及地幔物质的迁移如何驱动板块构造的长期演化。此外,本书还详细讨论了深部物质在极端温度和压力下的物理化学性质变化,以及这些变化如何影响地球磁场、火山活动和地震的分布特征。旨在为地质学、地球物理学及相关领域的科研人员、研究生和高级本科生提供一个全面、深入且具有前瞻性的理论框架。 --- 第一部分:导论与地球的宏观结构 第一章:地球科学的基石与研究方法 本章首先回顾了地球科学的演进历程,明确了研究地球内部的必要性与挑战。重点介绍了地震波层析成像、地磁场观测、高压高温实验模拟以及同位素地球化学分析等核心研究方法。强调了跨学科整合在揭示地球深部过程中的关键作用。讨论了地球形态学(如大地水准面和重力异常)如何间接反映内部物质密度的不均匀性。 第二章:圈层界面:过渡带与不连续性 详细描述了地球物理学界定出的主要界面,包括莫霍面(Moho)、古登堡面(Gutenberg Discontinuity)和核幔边界(CMB)。着重分析了410公里和660公里间的地幔过渡带内发生的相变,如橄榄石向尖晶石结构和瓦斯瓦石的转变。探讨了这些相变如何影响地幔物质的粘滞性和密度结构,从而调控地幔对流的效率。此外,对地壳-地幔边界(Moho)的异质性及其与岩浆作用和造山带的联系进行了剖析。 --- 第二部分:岩石圈的形成、演化与俯冲动力学 第三章:岩石圈的构造与热结构 本章聚焦于地壳与上地幔顶部的刚性圈层——岩石圈。区分了洋壳岩石圈和大陆岩石圈的厚度、热状态和化学成分差异。深入探讨了大陆岩石圈(CRL)的“增厚”与“根部”形成机制,包括增生造山、岩浆底侵和深部物质捕获的复杂过程。引入了热流密度模型来约束岩石圈的热结构,解释了区域性热异常对地表构造活动的控制。 第四章:俯冲带的深部几何与物质循环 俯冲过程是驱动板块构造和物质再循环的核心机制。本章系统阐述了俯冲板块的几何形态(如Slab dip和Slab tear),如何通过板块运动学模拟进行重建。详尽分析了俯冲过程中水和挥发分的释放及其对上覆地幔楔的影响,包括脱水作用如何引发岛弧岩浆活动和深部地震(深源地震的成因机制)。讨论了“平板俯冲”与“陡峭俯冲”对地幔对流模式的反馈机制。 第五章:大陆碰撞与造山带的深部响应 探讨了在两大类大陆岩石圈汇聚时,由于缺乏有效俯冲而导致的复杂构造响应。详细描述了地壳的强烈缩短、增厚与走滑运动。重点剖析了大陆碰撞带下方的岩石圈根部的形成与稳定性问题,例如喜马拉雅山脉和青藏高原的深部结构。结合地球化学示踪方法,追踪了碰撞过程中地幔物质的参与程度。 --- 第三部分:地幔动力学与热柱的起源 第六章:地幔对流:驱动力与模式 本章是理解地球内部热演化的核心。构建了基于粘滞流体的对流模型,分析了驱动对流的两种主要机制:表面冷却和深部加热。对比了“全地幔对流”(Whole-mantle convection)与“分层对流”(Layered convection)模型的证据与争议。利用地震波速异常数据,详细描绘了地幔中低速区(Low-Velocity Zones, LVZ)和高速区(High-Velocity Zones, HVZ)的分布,并将其与可能的温度和成分变化联系起来。 第七章:地幔柱与热点火山活动 系统研究了地幔柱的起源、上升路径和与其周围地幔的相互作用。探讨了地幔柱的两种主要来源假说:来自核幔边界(CMB)的“热羽流”(Plume Head)和来自地幔过渡带的物质积聚。分析了热点火山岩(如夏威夷和冰岛)的地球化学特征,特别是其富集和贫集配分模式,用以指示地幔源区的不同特性(地幔源区是地幔深处还是上地幔残留物)。 第八章:地幔的成分异质性与深部储库 探讨了地幔并非均一物质的证据,主要体现在同位素地球化学(如Sr, Nd, Hf, Pb同位素)的“地幔谱系”分析上。区分了“原始地幔”(Primordial Mantle)与遭受过地表物质(俯冲洋壳或大陆物质)交代的“混合地幔”(Mixed Mantle)。讨论了大陆岩石圈的深部根部作为古代地幔物质的“储库”的可能作用。 --- 第四部分:地核与地磁场的产生 第九章:外核:地球发电机与液态动力学 本章转入液体外核的研究。基于电磁感应定律,详细解释了地磁场的起源——地磁发电机理论。阐述了外核物质(主要是铁镍合金)的物理性质,特别是其导电性、粘滞性和对流模式。结合地磁场观测数据(如主场、非偶极场和漂移速度),模拟了外核的对流模式与磁场产生的耦合机制。讨论了热驱动和化学分异驱动在外核对流中的相对贡献。 第十章:内核的形成与CMB的精细结构 研究固态内核的形成过程、化学组成(轻元素杂质)和生长历史。利用地震波在内核的传播速度变化,特别是P波和S波的穿透与反射,确定了内核的精确边界和其各向异性(Anisotropy)的来源,推测了内核的结晶方向。深入探讨了核幔边界(CMB)的复杂结构,包括低速异常体(LLSVPs)的性质、规模及其与地幔柱起源的潜在联系。 --- 第五部分:深部过程对地表环境的反馈 第十一章:深部地震的物理机制与应力场 系统总结了浅源、中源和深源地震的发生机制。特别关注深源地震(>300km)的成因,如“相变脆性”(Phase Transition Embrittlement)或“快速剪切失稳”(Defect-induced Shear Instability)假说。分析了俯冲带应力场演化如何导致不同深度的地震孕育和释放。 第十二章:深部过程与地球表面环境的耦合 总结了深部动力学对地表环境的长期影响。包括地幔热演化对岩石圈稳定性和裂谷形成的影响,以及深部挥发分(如水)的释放对大气圈和海洋圈演化的潜在贡献。讨论了地球内部的物质循环如何影响长期碳循环和地球气候的稳定性。 --- 结语 本书旨在提供一个将地球物理观测、高压实验和数值模拟相结合的综合性视角,理解地球作为一个热力学驱动系统的复杂性与统一性。 ---

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读后感

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我是一个对历史进程中的“宏大叙事”有着强烈偏爱的人,而这本书恰好满足了我对时间尺度的无限遐想。它并非仅仅关注于当前的岩石结构或特定的地质构造,而是将视野拉伸到数亿年乃至数十亿年前的地球演化长廊中。作者对“时间”的把握极其精准,他能在一句话中跨越千万年的地质变迁,却又不失细节的丰富性。读到关于古大陆漂移和聚合的章节时,我简直感觉自己像一个全知全View的观察者,目睹了盘古大陆从无到有,再到分裂的全过程。这种超越人类寿命的视角,让人对自身的渺小与地球历史的磅礴产生了深刻的体悟。特别是其中对早期生命形态如何在极端地质环境下萌芽的推测性描述,充满了哲学思辨的魅力。它促使我不禁思考:我们今天所依赖的稳定地表,究竟是经历了怎样残酷而漫长的“重塑”才得以形成的?这本书的结构安排也非常考究,章节之间层层递进,逻辑链条严密到几乎没有一丝松动,确保读者能够跟上作者那飞速但又清晰的思路。它不仅仅是一本科普读物,更像是一本关于“存在”与“变迁”的哲学著作,让人读完后对脚下的大地产生一种肃穆的敬畏。

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这本书的阅读体验是极其沉浸式的,它给我的感觉不是在“阅读”信息,而是在“体验”一个科学发现的过程。作者在叙事中穿插了许多自己早期研究的经历和遇到的挑战,这些“幕后花絮”极大地拉近了作者与读者的距离。他并非高高在上的权威,而是一个在黑暗中摸索真理的探险家。尤其是在描述如何通过地震波数据来“成像”地球内部结构时,那种如同CT扫描般层层剥离地壳、地幔和地核的描写,充满了侦探小说般的悬疑和逻辑推理的快感。我仿佛跟随作者一起,在数据海洋中捕捉那些微弱的信号,重建一个肉眼永远无法触及的三维世界。这种方法论上的展示,比单纯罗列结论更有说服力。它教会我如何用科学的思维去质疑和构建模型。这本书的行文风格非常流畅,即便是涉及高压物理或矿物相变的复杂段落,作者也能用极其精准且优雅的语言将其包裹起来,既保证了学术的严谨性,又维护了读者的阅读兴趣。这是一种高超的文字驾驭能力,让人在学习新知的同时,也享受到了文字本身的魅力。

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坦白说,我最初是被这本书的书名所吸引,期待它能揭示一些关于地下深处“活跃力量”的秘密,那些驱动着火山喷发、地震波动的原始能量的源头。这本书在这方面的阐述绝对是超乎预期的精彩。作者对于地球内部热力学机制的阐述,详实得令人叹服,他没有回避那些深奥的物理化学原理,而是将其巧妙地融入到对地质现象的解释之中。我特别喜欢作者对于“热对流”的描述,那种看不见、摸不着却主宰一切的力量,被描述得既科学又富有戏剧性。每当读到关于地幔柱如何冲破岩石圈、引发超大陆解体时,我都感到一股强大的能量似乎要穿透书页扑面而来。它让你意识到,我们日常所见的平静,仅仅是地表的一层薄薄的“皮肤”,而在其下,是永不停歇的熔融与涌动。这本书的图表制作水平也是一流的,那些精细的剖面图和流线模型,极大地辅助了那些抽象概念的理解,使得那些复杂的压力、温度梯度变得直观可感。读完后,再去观看任何关于地质灾害的新闻报道,视角都会发生根本性的改变,不再是单纯的恐惧,而是对背后巨大能量的理解与尊重。

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从一个纯粹的、追求知识广度的读者的角度来看,这本书的价值在于其无与伦比的知识密度和跨学科的视野。它绝非仅仅局限于岩石圈的范畴,而是将目光投向了地核的液态外核与固态内核的相互作用,以及这种内部动力如何反过来影响地球磁场的生成和维持。这种将“形变”与“能量场”联系起来的宏大框架,极大地拓宽了我对地球系统科学的理解边界。作者在解释地磁场对生命保护作用的那一章时,笔触尤为细腻,将地质过程与生物演化紧密相连,展示了一个真正意义上的“地球生命共同体”。读完后,我感觉自己获得了一套全新的“底层操作系统”来理解这个星球的一切表象。它提供的不仅仅是关于“地下”的知识,更是关于“系统”的思维方式。这本书在处理信息的组织上,体现了极高的专业水准,引用了大量的最新研究成果,但所有引用的内容都服务于作者清晰的论点,没有丝毫的堆砌感,整体结构如同一个精密运作的机械装置,每一个齿轮都咬合得天衣无缝,推动着读者不断深入这个深邃的领域。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴,那种深邃的蓝与岩石纹理的交织,立刻就把我带入了一个充满神秘感的地下世界。翻开扉页,那种厚重的纸张触感,仿佛预示着里面承载着不为人知的知识宝藏。我原本以为这是一本会让我感到枯燥的学术著作,但作者的叙事方式简直是化腐朽为神奇,他不仅仅是在陈述理论,更像是在带领我们进行一场惊心动魄的地下探险。那些关于板块运动、地幔对流的描述,不再是教科书上冷冰冰的公式,而是被赋予了生命力的史诗。我能清晰地想象到亿万年来地球内部的翻江倒海,那些宏伟的力量是如何塑造了我们脚下的每寸土地。阅读过程中,我常常需要停下来,抬头看看周围的景象,试图将书中所描绘的地下景象与现实中的山川河流建立联系。这种强烈的代入感,让我对这个看似遥远的地质过程产生了前所未有的亲近感。更让我惊喜的是,作者在解释复杂概念时,总能找到巧妙的比喻,比如将地幔的运动比作一锅正在慢炖的浓汤,这种生动的描摹,即便是对地质学一窍不通的新手,也能迅速抓住核心要义。这本书无疑是一次对地球深层奥秘的温柔而有力的揭示。

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