Physics of Ice

Physics of Ice pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:Oxford Univ Pr
作者:Petrenko, Victor F./ Whitworth, Robert W.
出品人:
頁數:392
译者:
出版時間:2002-3
價格:$ 135.60
裝幀:Pap
isbn號碼:9780198518945
叢書系列:
圖書標籤:
  • 冰物理
  • 冰的物理學
  • 相變
  • 低溫物理
  • 材料科學
  • 凝聚態物理
  • 晶體結構
  • 熱力學
  • 冰凍
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具體描述

Ice is one of the most abundant and environmentally important materials on Earth, and its unique and intriguing physical properties present fascinating areas of study for a wide variety of researchers. This book is about the physics of ice, by which is meant the properties of the material itself and the ways in which these properties are interpreted in terms of water molecules and crystalline structure. Although ice has a simple crystal structure its hydrogen bonding results in unique properties, which continue to be the subject of active research. In this book the physical principles underlying the properties of ice are carefully developed at a level aimed at pure and applied researchers in the field. Important topics like current understandings of the electrical, mechanical, and surface properties, and the occurrence of many different crystalline phases are developed in a coherent way for the first time. An extensive reference list and numerous illustrations add to the usefulness and readability of the text.

好的,這是一份為一本名為《冰的物理學》的書籍撰寫的、內容詳盡的簡介,嚴格遵循您的要求,不包含原書內容,不包含任何人工智能寫作的痕跡,力求自然流暢: --- 《極地深處的秘密:冰雪世界的結構與動力學》 —— 探索地球上最普遍卻又最神秘的物質形態 本書是一部關於冰及其在地球係統中所扮演角色的深度探索之作。冰,這種我們日常生活中隨處可見的物質,其形態的復雜性、形成機製的多樣性以及對氣候、地質乃至生物圈産生的深遠影響,遠超尋常認知。我們習慣於將冰視為一種簡單的固態水,然而,從實驗室的低溫深處到南極大陸數韆米厚的冰蓋之下,冰展現齣令人驚嘆的結構多樣性與行為模式。 第一部分:冰的晶體學與相變 本書從最基礎的分子層麵入手,詳盡剖析瞭冰的結構。水分子間的氫鍵網絡如何構築齣獨特的晶格結構?在標準大氣壓下,我們所熟悉的六方冰 $ ext{I}_ ext{h}$ 僅僅是眾多冰相中的一種。我們將深入探討高壓冰的各種奇特形態,例如在行星內部壓力條件下可能存在的 $ ext{Ice V}$、$ ext{Ice VI}$ 乃至更密集的晶體結構。這些高壓相在地球深部物質循環和外太陽係冰衛星的內部動力學中扮演著關鍵角色。 此外,相變動力學是理解冰行為的核心。冰的成核過程——從液態水到固態的轉變——是一個受溫度、雜質和界麵能影響的復雜過程。我們將梳理不同尺度下(從雲滴中的微小冰核到冰川尺度的融化與凍結循環)的成核理論,並討論冰的界麵動力學,即冰晶錶麵原子的排列與遷移機製。理解這些,是預測冰在全球水循環中行為的基礎。 第二部分:宏觀尺度下的冰的形變與流變學 當冰的尺度擴大到冰川、冰蓋乃至永凍土層麵時,其力學行為成為主導因素。冰並非理想的脆性材料,它在長時間尺度和中等應力下錶現齣顯著的粘塑性。本書緻力於構建一個全麵的冰流變學框架。 我們首先考察冰的內部蠕變機製。在應力驅動下,冰晶內部的位錯運動、晶界滑動以及擴散機製(如科爾布什-奈巴爾機製)如何共同決定瞭冰的流動速度?我們將分析不同溫度和應力水平下,冰的流變應力指數的變化規律,並對比實驗室測得的數據與現場冰川觀測結果之間的差異。 其次,我們將聚焦於冰的斷裂與滑動。冰在快速應力加載下會錶現齣脆性特徵,形成裂縫。在冰川底部與基岩接觸的界麵,水的存在會顯著降低摩擦係數,導緻基底滑動。本書詳細討論瞭潤滑機製、水文網絡如何影響冰體的運動速率,以及冰下通道的形成與演化過程,這些都是理解冰蓋消融速度和海平麵上升預測的關鍵參數。 第三部分:冰雪界麵的熱力學與光學特性 冰的錶麵是其與周圍環境(大氣、海洋、岩石)進行能量和物質交換的主要場所。這本書對冰雪錶麵的熱力學進行瞭深入探討。 我們研究霜的形成過程——水蒸氣在低溫錶麵上的直接沉積。這不僅涉及到水汽的輸運,還包括瞭對錶麵粗糙度和能量平衡的精確描述。對冰的升華和燒蝕過程的量化分析,對於理解極地地區水分的損失至關重要。 此外,冰雪界麵的光學特性構成瞭地球能量收支的核心。冰雪的高反照率(阿勒白度)是地球氣候係統的一個重要調節器。本書分析瞭光綫在多層雪包中散射的輻射傳輸模型,討論瞭雪的粒徑、密度和內部結構如何影響其對可見光和紅外輻射的吸收與反射。特彆關注瞭“黑碳”等吸附汙染物對雪麵反照率的降低效應及其對區域乃至全球變暖的反饋機製。 第四部分:地球與行星上的冰 冰的分布定義瞭地球上的寒冷世界。本書將理論知識應用於實際場景。 在地球上,我們審視瞭冰川學、極地海洋冰的形成與消融動力學。冰層的厚度、年齡分布以及其對洋流和大氣環流的反饋作用被係統闡述。對於永凍土而言,討論瞭其熱力學穩定性、融化導緻的地麵沉降(熱喀斯特)及其對碳儲存庫的潛在釋放風險。 最後,本書將視角投嚮太陽係其他天體。木衛二(歐羅巴)、土衛二(恩塞拉多斯)等冰封衛星的次錶層海洋和地錶冰殼,其物理狀態和化學成分,都是當前行星科學研究的前沿。通過類比地球上的高壓冰和冰火山現象,我們可以推測這些外星球冰體的內部構造和潛在宜居性。 總結 《極地深處的秘密:冰雪世界的結構與動力學》旨在為物理學傢、地球科學傢、工程師以及氣候模型構建者提供一個全麵、深入且基於第一性原理的冰的物理圖景。它超越瞭簡單的描述,力圖解釋“為什麼”冰會如此錶現,並為理解地球水圈的過去、現在和未來提供堅實的物理基礎。本書的敘述風格力求嚴謹的科學論證與對自然現象的深切敬畏相結閤,引導讀者領略冰在自然界中無與倫比的復雜與美麗。 ---

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