地球关键区界面反应 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:346

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出版时间:2009-10

价格:230.00元

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isbn号码:9783642052965

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图书标签:

• 地球科学
• 环境科学
• 生态学
• 气候变化
• 人地关系
• 可持续发展
• 地理学
• 区域研究
• 环境政策
• 地球系统

《岩石的低语：地下世界的化学之旅》 简介 在浩瀚的地球科学领域，存在着一个鲜为人知的，却又至关重要的区域——岩石圈与水圈的交界面。这里并非死寂的沉寂，而是充满了复杂而精妙的化学反应，它们悄无声息地塑造着我们赖以生存的地球系统。我的这本《岩石的低语：地下世界的化学之旅》，正是致力于揭开这个神秘面纱，探索岩石与地下水之间那场永不停歇的化学对话，以及这场对话如何影响着从地质构造的形成到生命起源的漫长历程。 我们脚下的土地，看似坚固不可摧，实则是一个动态变化的化学实验室。地下水，这流淌在岩石孔隙与裂隙中的“生命之源”，并非惰性物质。它携带着溶解的矿物质、有机物，与周围的岩石进行着持续不断的相互作用。这些互动，远非简单的物理接触，而是涉及复杂的氧化还原、酸碱平衡、沉淀溶解以及离子交换等一系列化学过程。正是这些微观层面的化学反应，日积月累，才造就了地表千姿百态的地貌，塑造了地下蕴藏的丰富矿藏，甚至为地球生命的演化提供了关键的物质基础。 本书将带领读者深入地下，从微观的原子、分子层面，逐步剖析岩石与地下水界面发生的化学反应。我们将首先审视构成我们星球基石的岩石矿物。这些看似寻常的石头，内部蕴藏着复杂的晶体结构和独特的化学性质。不同的矿物，如硅酸盐、碳酸盐、氧化物和硫化物等，它们在地下水的侵蚀、溶解和重塑过程中，表现出截然不同的反应活性。例如，某些富含铁的矿物，在氧化性地下水的侵蚀下，会发生氧化反应，释放出可溶性的铁离子，这一过程是地下水呈黄褐色的主要原因，也对水体生态产生深远影响。而碳酸盐矿物，如方解石，则易被弱酸性地下水溶解，形成壮观的喀斯特地貌，同时也是碳酸盐岩储层形成的关键。 接着，我们将聚焦地下水的化学组成。地下水并非纯净的H2O，它溶解了大量的离子、气体和有机分子，这些溶解物质赋予了地下水独特的化学“个性”。我们将探讨溶解氧、二氧化碳、硫化物等气体对岩石矿物的影响。例如，高浓度的溶解氧会加速大多数金属矿物的氧化风化，而溶解的二氧化碳则会与水形成碳酸，增强其对碳酸盐岩的溶解能力。此外，地下水中存在的各种阳离子和阴离子，如钙、镁、钠、钾、氯、硫酸根等，它们不仅是水体化学性质的决定因素，也直接参与到与岩石矿物的反应中，可能导致沉淀新的矿物，或促进已有矿物的溶解。 本书将详细阐述这些界面反应的动力学和热力学原理。我们将深入探讨反应速率，了解哪些因素会加速或减缓化学反应的进程，例如温度、压力、pH值、氧化还原电位（Eh）以及反应物的浓度。通过理解反应的驱动力，我们可以更好地预测在特定地质环境下，界面反应将如何进行。例如，在地热活跃的区域，高温会显著加速矿物的溶解和蚀变速率，形成与常温环境下截然不同的地下水化学特征。 我们将特别关注几个关键的界面反应类型。首先是溶解与沉淀。这是最基本也是最重要的界面反应之一。地下水与岩石的接触，会引发岩石矿物向水体中的溶解，同时，当水体的化学环境发生变化时，溶解的物质又可能重新结晶沉淀，形成新的矿物。这一过程是地下水水质演变、矿产资源形成以及岩石孔隙度与渗透率改变的根本原因。我们以地下水中钙离子的来源为例，它很大程度上来自于方解石在地表或地下水中的溶解。而当地下水携带的碳酸氢根离子浓度过高时，又可能在某些条件下沉淀出碳酸钙，导致管道结垢或形成石笋、石钟乳等。 其次，氧化还原反应在地下化学中扮演着核心角色。许多地质体中存在着不同价态的元素，如铁、锰、硫等。地下水中的溶解氧、硫化物以及溶解的有机物，都可以作为氧化剂或还原剂，与岩石矿物发生复杂的氧化还原反应。例如，低价态的铁（Fe2+）在地表含氧条件下很容易被氧化成高价态的铁（Fe3+），形成不溶性的氧化铁沉淀，这是土壤和岩石呈红褐色的主要原因。而某些厌氧细菌，则能利用地下岩石中的硫化物或金属氧化物作为电子供体或受体，驱动生物地球化学循环，进一步影响地下水的化学成分。 再次，离子交换反应不容忽视。粘土矿物和一些次生矿物表面带有负电荷，能够吸附并交换水体中的阳离子。这一过程对于调节地下水的离子组成、去除或富集某些特定元素具有重要意义。例如，粘土矿物可以从水中吸附重金属离子，起到一定的净化作用，但同时也可能随着地下水的流动而迁移，成为污染物输送的载体。 本书还将探讨这些界面化学反应在地质过程中的宏观表现。我们将看到，这些微观的化学变化如何驱动着地质体的演化。例如： 地貌的塑造：喀斯特地貌的形成，就是碳酸盐岩与弱酸性地下水长期相互作用的结果。溶洞、地下河、天坑等奇特的景观，都是地下水化学溶解能力的直接体现。 矿产资源的形成：许多重要的金属矿床，如铜、金、铀等，其富集过程都与地下水的化学迁移和沉淀密切相关。地下水作为一种“搬运工”，将地壳中分散的金属元素溶解、输送，并在特定条件下使其沉淀富集，最终形成矿脉。 地下水资源的水质与可持续利用：地下水的水质直接关系到饮用、灌溉和工业用水的安全性。了解地下水与岩石的界面化学反应，有助于我们解释地下水中的污染物来源、迁移转化过程，从而制定科学的水资源管理和保护策略。例如，农田退水中的硝酸盐，如何在土壤和含水层中发生转化？工业废水中的重金属，如何与地下岩石发生反应？这些都是需要通过界面化学反应来理解的问题。 地球系统的碳循环：岩石风化过程中，二氧化碳的吸收和固定是地球碳循环的重要环节。碳酸盐岩的风化就是一个典型的界面化学反应，它能够从大气中移除二氧化碳，对调节全球气候起着长期的缓冲作用。 地质工程与环境保护：在进行隧道开挖、大坝修建、核废料储存等工程时，了解岩石与地下水的化学反应对于预测地质体的稳定性、地下水流动的行为以及污染物扩散至关重要。例如，在核废料储存库的设计中，需要考虑岩石与高放射性废料浸出液之间的长期化学反应，以确保废料的安全封存。 本书的写作风格旨在将复杂的科学概念以清晰、易懂的方式呈现给广大读者。我们将结合大量的实例和案例研究，从地质勘探、水文地质调查、地球化学分析等多个角度，来展示这些化学反应的实际应用和研究意义。书中不会充斥着枯燥的公式和晦涩的术语，而是力求通过生动的语言和形象的比喻，让读者感受到地下世界那充满活力的化学律动。 《岩石的低语：地下世界的化学之旅》并非一本深奥的专业教科书，它更像是一次引人入胜的科学探索之旅，适合所有对地球科学、环境科学、化学以及我们赖以生存的地下世界充满好奇心的读者。通过本书，您将不再仅仅是“脚踏实地”，而是能够“洞悉大地”的化学奥秘，理解岩石与水之间那场无声却影响深远的对话，以及这场对话如何深刻地塑造着我们的地球，并与我们每个人的生活息息相关。它将启发您用全新的视角去观察和理解我们所处的这个星球，感受大自然那鬼斧神工般的化学力量。

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