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出版者:Springer Verlag

作者:Lichtfouse, Eric (EDT)/ Schwarzbauer, Jan (EDT)/ Robert, Didier (EDT)

出品人:

页数:780

译者:

出版时间:

价格:259

装帧:HRD

isbn号码:9783540228608

丛书系列:

图书标签:

• 环境化学
• 化学
• 环境科学
• 污染
• 水质
• 土壤
• 大气
• 生态毒理学
• 分析化学
• 环境监测

《地球系统科学概论：动态平衡与人为干预》 图书简介 本书旨在为对地球复杂系统运作机制感兴趣的读者提供一个全面而深入的导论。我们探讨的不是单一学科的细枝末节，而是将地球视为一个由大气圈、水圈、岩石圈和生物圈相互作用、动态演化的宏大整体。全书结构围绕地球系统的基本原理、关键驱动力以及当前面临的重大挑战展开，力求构建一个跨学科的、整合性的科学视野。 第一部分：地球系统的基本构造与运行逻辑 第一章：界面的交织：地球系统的基本概念与框架 本章首先界定了“地球系统”的科学范畴，强调了系统思维在理解地球现象中的重要性。我们区分了开放系统与封闭系统的概念，并将地球定位为一个在能量上接受太阳辐射、在物质上部分开放的复杂系统。重点阐述了系统的组成要素（圈层）及其相互依赖性。从地质时间尺度到人类活动的时间尺度，我们将探讨系统如何通过反馈机制——正反馈与负反馈——来维持或打破其暂时的平衡状态。通过分析能量流动的基本路径（如太阳能到化学能的转化），为后续对气候和生物地球化学循环的讨论奠定基础。 第二章：岩石圈的深层动力学与地表塑造 本章聚焦于地球的固态外壳——岩石圈。我们将深入探讨板块构造理论，这是理解地质过程和地球表层形态演变的核心框架。内容涵盖了洋壳与大陆地壳的形成差异、俯冲带、裂谷的动力学过程，以及火山活动和地震的地球物理成因。此外，本章还探讨了风化作用（物理与化学）如何成为连接岩石圈与水圈、大气圈的桥梁，以及土壤的形成过程，介绍土壤剖面结构及其作为生态系统基质的关键作用。我们将分析地球内部的热力学驱动力如何影响地表物质循环的速率。 第三章：水圈的循环、分布与流体力学 水是地球系统中最活跃的介质之一。本章系统地描述了水圈的组成，包括海洋、冰冻圈、地下水和大气水汽。核心内容是全球水循环（水文循环）的驱动机制，包括蒸发、凝结、降水、径流和入渗。我们详细分析了洋流系统——如大洋温盐环流（Thermohaline Circulation）——在全球热量再分配中的决定性作用，以及其对区域气候的深远影响。本章还将涉及冰川学基础，探讨冰盖和冰川的物质平衡及其对海平面变化的响应，并引入水文学中的汇水区概念及其对地表水文过程的塑造。 第四章：大气圈的结构、运动与辐射平衡 本章构建了对大气圈的结构认识，从对流层到电离层，并解释了不同高度上温度和压力梯度的形成原因。重点分析了驱动全球大气环流的主要因素：科里奥利力、地转平衡、以及不同区域接收太阳辐射的差异。我们将详细阐述行星边界层（PBL）的特性，及其对地表与大气之间物质和能量交换的调控作用。此外，辐射平衡的讨论是理解气候系统稳定性的基础，涵盖了温室效应的物理基础，以及云层和气溶胶对地球能量预算的影响。 第二部分：关键的生物地球化学循环与生命的支持系统 第五章：碳循环：从古老岩石到现代大气 碳元素是生命的基础，其循环贯穿了地球的各个圈层。本章全面梳理了碳循环的各个“储库”（大气、海洋、生物质、岩石）及其在不同时间尺度上的交换速率。我们将区分慢速地质碳循环（如碳酸盐沉积与变质作用）和快速生物地球化学循环（如光合作用与呼吸作用）。重点分析了海洋在吸收和储存大气二氧化碳中的缓冲作用，包括溶解过程和生物泵机制。最后，本章引出对当前人为活动如何打破自然碳平衡的初步探讨。 第六章：氮、磷与硫：生命必需元素的生态地球化学 除了碳，氮、磷、硫等宏量营养元素对生态系统的生产力至关重要。本章详细解析了氮的“固氮”过程——无论是生物固氮还是工业固氮——如何克服其惰性障碍，并将其转化为生物可利用的形式。磷循环的特点是其在地质和水圈中的溶解度较低，本章讨论了岩石风化作为其主要输入源的机制。硫循环则与火山活动和生物降解密切相关，我们考察了硫化合物在氧化还原梯度环境中的迁移转化。 第七章：生物圈的构建与生态系统服务 本章将地球系统科学与生态学相结合。生物圈被视为一个动态的、具有自我调节能力的圈层，它不仅适应环境，也在主动塑造环境。我们探讨了生物群落的结构、物种多样性的生态学意义，以及生态系统如何通过生物地球化学循环来调节自身的稳定性。本章着重分析了生态系统服务（如授粉、水净化、气候调节）的科学基础，强调了维护生物多样性对于地球系统功能完整性的重要性。 第三部分：地球系统的扰动、反馈与未来路径 第八章：复杂系统的反馈机制与临界点 理解地球系统的稳定性需要掌握反馈机制。本章深入探讨了气候系统中的关键反馈回路，例如冰-反照率反馈（Ice-Albedo Feedback）和水汽反馈，分析它们如何放大或抑制初始扰动。我们引入了“临界点”（Tipping Points）的概念，即系统从一种稳定状态突然跃迁到另一种截然不同状态的阈值，并讨论了海洋环流减弱、永久冻土融化等潜在的全球性临界点。 第九章：人类世的崛起：驱动全球变化的内生力量 本章将时间尺度拉近到近现代，探讨人类活动（特别是工业革命以来）如何成为驱动地球系统变化的主导力量。我们分析了土地利用变化（如森林砍伐和城市化）对水循环和碳汇的影响。同时，介绍了全球物质流动的宏观图景——人类正在以前所未有的速率移动岩石圈材料（矿物开采和水泥生产）。本章的核心是识别并量化人类活动对地球系统能量预算、物质循环和生物圈稳定性的多重叠加影响。 第十章：展望：综合治理与可持续的地球未来 本书的收尾部分聚焦于如何利用地球系统科学的知识来指导人类社会的可持续发展。我们将评估当前全球环境挑战的系统性特征，例如气候变化与生物多样性丧失的耦合性。本章探讨了地球工程（Geoengineering）的科学原理和伦理考量，以及基于自然的解决方案（NbS）在增强系统韧性方面的潜力。最终，本书呼吁采取跨尺度的、整合性的管理策略，认识到人类福祉与地球系统的健康是密不可分的。 本书特点： 系统性整合： 避免将大气、海洋、地质等学科割裂分析，始终强调圈层间的物质与能量交换。 跨尺度分析： 覆盖从数百万年的地质构造到数年的人类短期影响的广阔时间尺度。 侧重动态过程： 强调地球系统并非静止的，而是通过反馈和非线性机制不断演化的复杂系统。 本书适合对自然科学、全球环境变化、可持续发展有浓厚兴趣的高年级本科生、研究生，以及需要建立宏观科学视角的政策制定者和规划人员。阅读本书后，读者将具备分析和理解当代全球性环境问题的必备系统科学框架。

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