Mechanics in the Earth and Environmental Sciences pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Gerard V. Middleton

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:1994-08-26

价格:USD 68.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521446693

丛书系列:

图书标签:

• huni
• 力学
• 地球科学
• 环境科学
• 固体力学
• 流体力学
• 地质力学
• 地球物理学
• 环境流体力学
• 岩石力学
• 板块构造

好的，这是一本名为《地球与环境科学中的力学》的图书的详细简介，重点介绍其涵盖的内容，而不提及该书本身： 《地球与环境科学中的力学》 本书深入探讨了作用于地球和环境系统中的各种力学原理及其在自然界复杂过程中的应用。这是一部面向对地球科学、环境工程、地质学、水文学以及相关领域感兴趣的读者和研究人员的综合性教材与参考书。本书旨在为读者提供坚实的理论基础，并展示如何利用力学工具来理解和预测从微观尺度到行星尺度的现象。 第一部分：基础理论与连续介质力学 本部分从力学的基础公理出发，逐步建立起描述地球和环境系统中物质行为所需的数学框架。 1. 经典力学基础回顾与地球科学背景 本章首先回顾了牛顿力学、能量守恒和动量守恒的基本原理。随后，我们将视角转向地球系统，讨论引力场、地壳应力状态的初始条件以及地球的旋转对动力学过程的影响，为后续的复杂分析打下基础。重点介绍张量分析在描述应力、应变中的必要性。 2. 弹性理论与岩石力学 弹性体是理解固体地球内部和表层结构的基础模型。本章详细阐述了线弹性理论，包括胡克定律在三维空间中的表达，杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数的物理意义和测量方法。内容涵盖了各向同性与各向异性材料的本构关系。随后，我们将探讨岩石的强度和变形特性，包括屈服准则（如莫尔-库仑准则）、岩石的断裂力学，以及在不同温度和压力条件下岩石的粘弹性行为，这些对于理解构造运动和工程稳定性至关重要。 3. 流体力学导论：牛顿流体与非牛顿流体 流体，包括水、空气、岩浆和地下水，在驱动地球表层和近表层过程中的作用无可替代。本章首先建立纳维-斯托克斯方程，这是描述流体运动的核心方程。随后，详细分析了不可压缩牛顿流体的流动特性，包括层流和湍流的判据（雷诺数）。特别地，对于环境科学至关重要的非牛顿流体，如泥石流、碎屑流和高浓度悬浮液，其剪切变稀或剪切增稠的行为将被深入探讨，并介绍相应的本构模型。 4. 渗流力学与多孔介质流 多孔介质（如土壤、岩层、沉积物）中的流体运动是水文学、环境污染迁移和油气储层研究的核心。本章系统介绍达西定律的物理基础及其在不同尺度上的适用性。内容涵盖了渗透率的各向异性、非饱和带中的水流（Richards方程）、以及多相流（如水、油、气在岩层中的共同流动）的基本控制方程。 第二部分：地球尺度的动力学过程 本部分将力学原理应用于宏观的地球系统，重点关注地球深部过程和行星尺度的流动。 5. 热对流与地球深部动力学 地球内部的物质运动主要由热驱动的对流决定。本章介绍黏性流体在重力场作用下的热浮力驱动流动理论。内容包括贝纳德对流、瑞利数和普朗特数在判断对流模式中的作用。我们将详细讨论地幔对流模型，探讨其对板块构造驱动力的贡献，以及岩浆房中的熔融物质迁移过程。 6. 构造动力学与岩石圈变形 本章聚焦于驱动山脉形成、地震和断层活动的构造力学。通过线弹性、粘弹性以及塑性模型相结合的方法，分析岩石圈的应力积累与释放过程。内容包括地壳均衡原理（如艾索斯塔蒂模型）、褶皱与断层的几何学和运动学分析，以及断层带的摩擦滑移本构关系。 7. 大气与海洋环流中的力学 地球的大气和海洋是巨大的流体系统，其运动受到科里奥利力的显著影响。本章介绍在旋转参考系下流体力学方程的修正，重点分析地转平衡、梯度风平衡等概念。内容包括大气边界层理论、中尺度涡旋的动力学特征，以及海洋中的大尺度环流（如温盐环流和风驱动环流）的力学机制。 第三部分：环境系统中的多场耦合与应用 本部分将重点放在不同力学场相互作用的复杂系统建模，特别是涉及物质传输和环境变化的领域。 8. 物质传输与污染物迁移 环境科学中一个核心问题是如何预测污染物在水、土、气中的扩散与迁移。本章结合对流-弥散方程，探讨在多孔介质或河流系统中，污染物受对流（随流体运动）和弥散（由于分子扩散和介质不均性）共同作用下的时空演变。讨论吸附、衰变等反应过程对迁移速率的影响。 9. 土体动力学与地震工程 土壤作为重要的地基材料，其在地震载荷下的响应至关重要。本章关注土体的应力波传播、液化现象的力学机制（有效应力原理的应用），以及土体在循环荷载下的永久变形分析。介绍液化判据和评估方法，以及软弱地基的动力响应分析。 10. 冰川与冰盖的流变学 冰川和冰盖的运动是气候变化研究的关键组成部分。本章采用流变学观点，将冰视为一种具有温度依赖性的非牛顿流体。重点介绍冰的流变本构关系（如Glen定律），探讨冰川底部滑动、内部变形以及冰盖的动力学平衡模型。 全书结构严谨，从基础数学工具开始，层层深入到复杂的地球和环境系统中的具体应用，致力于培养读者运用力学思维解决实际科学问题的能力。书中配有大量实例分析和工程应用案例，确保理论与实践的紧密结合。

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从我个人的阅读体验来看，这本书最成功之处在于它成功地架起了“硬科学”与“环境科学”之间的桥梁。它让那些习惯于宏观描述和定性分析的读者，有机会深入接触到微观和力学层面的驱动机制。我特别喜欢它在最后几章中对气候变化中的能量平衡和冰川动力学的探讨，这些部分将流变学、热力学和流体力学完美地整合在了一起。那种多学科交叉的叙事张力，令人读之忘倦。它不是一本让你快速找到答案的工具书，而是一本引导你建立完整分析框架的哲学性教材。读完之后，我感觉自己对地球系统的理解不再是零散的知识点集合，而是一个由力学规律严密连接起来的整体。我强烈推荐给所有希望真正理解地球系统内部运作机制的研究者和高年级学生，这本书提供的视角是不可替代的。

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读完第一章，我立刻感觉像是给我的地质学知识补上了一块至关重要的拼图。以前看很多关于地震或火山爆发的书籍，描述的多是现象和结果，但这本书却深入剖析了驱动这些事件的根本力量。它详尽地阐述了岩石在不同温度和压力条件下的流变学特性，这一点对我理解板块边界的复杂运动至关重要。书中对粘滞系数和蠕变速率的讨论，深入浅出，即便是初次接触这些概念的读者，也能通过它提供的类比和图示，迅速建立起直观认识。我尤其欣赏作者在处理复杂模型时展现出的学术严谨性，每一个公式的引入都伴随着清晰的物理背景解释，而不是生硬的数学堆砌。这使得即便是相对枯燥的应力张量分析，也变得可以理解和消化。对于那些希望从“描述性地质学”迈向“定量化地球科学”的人来说，这本书简直是量身定做。它强迫你用物理学的眼光去看待地球的过去、现在和未来，让你不再满足于“是什么”，而是追问“为什么会这样”。

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这本书的封面设计着实吸引人，色彩搭配稳重又不失活力，那种岩石层叠、水流侵蚀的纹理感，一下子就让人联想到地球深处的奥秘。我最初是被这个名字吸引的，《地球与环境科学中的力学》，听起来就充满了硬核的物理味道。我一直对地质构造的形成过程感到好奇，比如板块漂移的内在驱动力究竟是什么？这本书的引言部分，非常清晰地勾勒出了力学原理在理解这些宏大自然现象中的核心地位。它没有直接陷入复杂的数学推导，而是用一种非常直观的方式，解释了应力、应变在岩石圈尺度上的表现。那种“原来是这么回事”的豁然开朗的感觉，是很多教科书难以给予的。我特别喜欢它在讨论河流地貌时引入的流体力学模型，那些关于冲刷和沉积的平衡状态，被描绘得如同精密的工程设计，让人忍不住想去实地考察，看看那些教科书上的理想化模型是如何在真实世界中打折扣或被放大的。这本书的深度显然是为那些对基础原理有强烈探究欲的读者准备的，它构建了一个坚实的理论框架，让你在面对任何新的环境问题时，都能找到一个力学的切入点去分析。

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这本书的排版和插图质量简直是一流的享受。在阅读涉及地下水运动和多孔介质流动的章节时，那些三维的渗流网络图，不仅清晰地展示了复杂的通道结构，还巧妙地叠加了压力梯度矢量场，让原本抽象的达西定律可视化了。我试着将书中的一些简化模型应用到我正在关注的一个湿地生态恢复项目上，发现书中的渗流理论能够极其有效地预测地下水位的变化趋势。它没有回避工程应用中的非均质性问题，而是专门辟出小节讨论如何在使用均质化模型的同时，控制误差范围。这显示出作者深厚的实践经验。很多专业书籍要么过于理论化，要么过于偏重工程手册的性质，而这本书找到了一个绝佳的平衡点——既有坚实的理论基础，又不脱离实际应用中的挑战。翻阅过程中，几乎没有遇到需要反复猜测作者意图的地方，信息的传递效率非常高。

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老实说，这本书的难度是偏高的，但高得有价值。在讨论大气和海洋环流时，它引入了科里奥利力和地转平衡的概念，这里的数学推导相当详尽，初学者可能会感到吃力。然而，一旦你咬牙坚持下来，掌握了这些基本动力学原理，你会发现，那些以往看起来神秘莫测的天气模式和洋流系统，突然间都变得可以被逻辑推导出来。我感受最深的是作者对“尺度效应”的强调。书中反复指出，在不同的尺度下（从岩石裂隙到全球环流），适用的力学模型是不同的，这是一个非常关键的洞察。它有效地避免了那种将单一模型套用到所有地球现象上的倾向。这本书教会我的不仅仅是知识点，更是一种跨尺度的科学思维方式，即在分析任何环境问题时，必须首先界定好研究的“盒子”和其中的边界条件。

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