Calcium and Magnesium Stable Isotope Chemistry pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Gussone, Nikolaus; Bahm, Florian; Schmitt, Anne-Desira(c)E

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2014-1-7

价格:USD 199.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540689485

丛书系列:

图书标签:

• Calcium isotopes
• Magnesium isotopes
• Stable isotope geochemistry
• Geochemistry
• Isotope geochemistry
• Earth sciences
• Environmental science
• Biogeochemistry
• Paleoclimate
• Oceanography

地球化学的深层探秘：从原子核的细微差异看行星演化与生命起源 这本书并非直接聚焦于“钙和镁的稳定同位素化学”这一特定学术领域，而是以此为切入点，深入探讨更广泛、更宏大的地球科学与生命科学前沿问题。我们将借助稳定同位素这一无与伦比的“化学指纹”，开启一段跨越亿万年时空的科学探索之旅，揭示地球物质循环的精妙规律，追踪生命在地球上出现与演化的脉络，甚至触及寻找地外生命的可能性。 第一章：同位素的宇宙之歌——元素的诞生与地球的化学组成 在追溯地球的形成与演化之前，我们必须先理解构成我们星球的元素从何而来。本书将从宇宙大爆炸的余辉讲起，讲述恒星内部的核聚变如何一步步“炼制”出各种元素，直至超新星爆发将这些珍贵的元素播撒到宇宙空间，最终汇聚形成我们的太阳系和地球。我们将会详细阐述不同元素的丰度在宇宙中的分布格局，以及为何某些元素（如钙和镁）在地幔和地壳中如此普遍。 本章将重点关注地球形成初期的化学分异过程。当熔融的原始地球开始冷却，密度较大的金属元素（如铁和镍）沉入地核，而较轻的硅酸盐物质则形成地幔和地壳。我们将探讨不同的元素在这一过程中如何根据其亲石性（lithophile）和亲铁性（siderophile）分配到不同的圈层。钙和镁作为典型的亲石元素，其在大地构造和岩石学研究中的重要性将在此得到初步的铺陈。 第二章：稳定同位素——地球历史的无声证人 稳定同位素，顾名思义，它们不会经历放射性衰变，因此它们在自然界中的丰度变化主要受同位素分馏（isotope fractionation）的影响。本章将详细解释同位素分馏的基本原理，包括质量分馏（mass-dependent fractionation）和质量非依赖性分馏（mass-independent fractionation）。我们将通过生动形象的类比，帮助读者理解为何不同质量的同位素会在物理化学过程中产生细微但可测量的丰度差异。 我们将重点介绍研究中常用的稳定同位素对，例如我们书名中提及的钙（Ca）和镁（Mg），以及氧（O）、硅（Si）、硫（S）、碳（C）、氮（N）、氢（H）等。每种同位素对在地球化学和生物地球化学循环中都扮演着独特的角色，其比值变化能够反映特定的地质事件、环境条件或生物过程。我们将阐述测量这些微小差异的技术手段，如热电离质谱法（TIMS）和多接收器电感耦合等离子体质谱法（MC-ICP-MS），揭示科学家如何从看似无差别的原子核中提取出巨大的信息量。 第三章：地幔深处的秘密——岩浆起源与大陆地壳的生长 地幔，作为地球内部最大的圈层，是岩浆的源区，也是大陆地壳生长的摇篮。本章将深入探讨地幔的物质组成、温度和压力梯度，以及驱动地幔对流的机制。我们将运用稳定同位素（特别是镁、氧、硅同位素）的示踪技术，来揭示不同地幔柱（mantle plumes）的物质组成差异，以及它们如何将地幔深部的原始物质带到地表，形成火山岩和侵入岩。 本书将重点关注稳定同位素在区分不同类型地幔源区（如原始地幔、损耗地幔、富集地幔）中的应用。通过分析地幔岩石中钙、镁及其与其他元素（如稀土元素）的同位素比值，科学家能够重建地幔的演化历史，推断地幔物质的混合与分离过程。例如，镁同位素比值可以反映岩浆房中的矿物结晶分异过程，而钙同位素比值则可能指示岩浆与围岩的相互作用。我们将通过具体的案例研究，展示如何利用这些“同位素指纹”来追踪大陆地壳的生长与改造过程，理解造山带的形成机制。 第四章：海洋的化学密码——海水成分的变迁与沉积过程 海洋是地球上最大的化学储库，其化学成分的长期稳定与微妙变化对全球气候和生命演化至关重要。本章将聚焦于海洋的化学循环，特别是钙和镁在海水中的存在形式、来源和去向。我们将探讨生物活动（如造礁生物的钙化作用）、河流输入、海底火山活动以及海底热液活动如何共同影响海水的化学组成。 稳定同位素，特别是氧同位素，在重建古气候和古海洋环境方面发挥着至关重要的作用。我们将详细介绍不同温度下，水分子在冰层和海水之间的分布差异如何导致氧同位素比值的季节性变化。通过分析海洋沉积物岩芯中钙质有孔虫和介形虫的碳酸钙壳体中的氧同位素组成，科学家能够精确地推断出过去数百万年乃至数千万年的全球温度和冰量变化。 此外，本章还将深入探讨钙和镁的稳定同位素在研究海洋沉积过程中的应用。例如，镁同位素比值可以指示形成碳酸盐矿物时，是否存在生物诱导的沉淀过程，或是纯粹的化学沉淀。我们将分析不同沉积环境（如滨浅海、深海）下，钙和镁同位素比值的变化规律，从而理解沉积物物质的来源、迁移和转化机制。 第五章：生命之源的启示——早期生命迹象与生物矿化 生命起源是地球科学中最令人着迷的谜团之一。本书将把目光投向生命的黎明，探讨早期地球环境如何为生命的出现提供了必要的化学条件。我们将重点关注早期大气、海洋和陆地表面的化学特征，以及非生物化学反应如何合成简单的有机分子。 稳定同位素，特别是碳（C）、氮（N）和硫（S）的稳定同位素，是寻找早期生命迹象的“金标准”。生物的新陈代谢过程通常会优先利用质量较轻的同位素，从而在生物体与其周围环境中留下独特的同位素“签名”。本章将详细介绍如何通过分析古老岩石（如叠层石、生物碳酸盐）中碳同位素比值的异常变化，来推断早期生物活动的证据。 此外，我们还将探讨生物在地球化学循环中的作用，特别是生物矿化（biomineralization）过程。钙和镁是构成生物骨骼、外壳以及细胞结构的重要元素。我们将研究生物如何利用这些元素，通过复杂的生化途径，形成晶体形态各异、结构精巧的矿物。稳定同位素分析可以帮助我们区分生物成因的矿物与非生物成因的矿物，并揭示生物在控制矿物形成过程中的主动作用。这将有助于我们理解生物对地球化学环境的塑造能力，以及这种能力如何随着生命演化而不断增强。 第六章：寻找地外生命的可能——行星化学与生命宜居性 随着人类探索宇宙的步伐越来越远，寻找地外生命已成为科学界关注的焦点。本书将从地球的经验出发，拓展到对其他行星和卫星的化学研究，探讨生命存在的潜在条件。我们将分析太阳系内其他行星（如火星、金星）和冰卫星（如木卫二、土卫六）的地质特征、大气成分和可能的地下水系统。 稳定同位素在行星探测任务中扮演着至关重要的角色。通过分析从其他天体带回的样品，或者利用就位探测器上的仪器，科学家可以测量这些天体的物质组成和演化历史。例如，火星上的水冰和岩石的氧同位素组成可以帮助我们了解火星过去是否存在液态水，以及水的来源。 本章还将探讨“生命宜居带”的概念，以及如何利用稳定同位素数据来评估一个星球是否具备支持生命存在的潜力。我们将讨论，如果我们在其他星球上发现了与地球生命相似的同位素“签名”，这将是多么令人振奋的发现。同时，我们也需要警惕由于非生物过程产生的同位素异常，避免误判。我们将通过讨论地球上各种非生物过程对同位素比值的影响，来培养读者批判性的思维，为理解地外生命探索的复杂性奠定基础。 第七章：未来的展望——同位素地球化学的前沿与挑战 本书的最后一章将放眼未来，展望稳定同位素地球化学领域的发展趋势和面临的挑战。我们将探讨新的分析技术（如纳米离子探针、高精度质谱仪）的出现如何使我们能够测量更小样品、更低丰度的同位素，从而解锁更多关于地球历史和生命演化的奥秘。 我们将重点关注多同位素体系（multi-isotope systems）的研究。通过同时分析多个同位素对，可以提供更丰富、更复杂的地球化学信息，从而更精确地约束地质过程和生物过程。例如，同时分析氧、硅、镁和钙的同位素比值，可以更全面地理解岩石风化、成岩作用以及生物化学循环的相互作用。 本书还将讨论稳定同位素在环境科学、资源勘探和人类健康等领域的潜在应用。从追踪污染物的来源，到评估矿产资源的形成机制，再到研究人体内的物质代谢，稳定同位素都展现出强大的应用前景。 总而言之，这本书将引领读者进行一场跨越尺度和时间的科学探险。我们并非仅仅关注“钙和镁的稳定同位素化学”这一具体的学科分支，而是将其作为一把钥匙，打开通往更广阔的地球科学和生命科学世界的大门。通过理解原子核的细微差异如何记录下地球漫长而壮丽的演化史，我们不仅能更深刻地认识我们所居住的星球，更能激发我们对宇宙生命潜力的无限遐想。

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