●目 錄 第0章 地球科學導論  1 0.1 什麼是地球科學  2 0.2 地球的圈層  3 0.2.1 水圈  4 0.2.2 大氣圈  4 0.2.3 生物圈  5 0.2.4 岩石圈  5 0.3 地球繫統  7 0.3.1 什麼是繫統  7 0.3.2 各個部分的相互關聯  8 0.4 地球科學中的時間與空間尺度  8 0.5 資源和環境問題  10 0.5.1 資源  10 0.5.2 環境問題  11 0.6 科學探索的本質  12 0.6.1 假說  12 0.6.2 理論  13 0.6.3 科學方法  13 概念回顧：地球科學導論  14 思考題  15 章 物質成分和礦物組成  16 1.1 礦物：組成岩石的  17 1.1.1 礦物的定義  17 1.1.2 岩石的定義  18 1.2 原子：礦物的  19 1.2.1 質子、中子和電子的屬性  19 1.2素：由質子數決定  20 1.3 原子結合的原因  21 1.3.1 八隅規則與化學鍵  21 1.3.2 離子鍵：電子轉移  21 1.3.3 共價鍵：共用電子  22 1.3.4 金屬鍵：電子自由移動  23 1.4 礦物的物理性質  23 1.4.1 光學性質  23 .4.2 晶體形態和結晶習性  24 1.4.3 礦物強度  24 1.4.4 密度和比重  27 1.4.5 礦物的其他性質  27 1.5 礦物分類  28 1.5.1 硅酸鹽礦物  28 1.5.2 常見的淺色硅酸鹽  30 1.5.3 常見的暗色硅酸鹽礦物  31 1.5.4 重要的非硅酸鹽礦物  31 概念回顧：物質成分和礦物組成  33 思考題  35 第2章 岩石：固體地球的物質  36 2.1 地球繫統：岩石循環  37 2.1.1 基本循環  37 2.1.2 其他途徑  37 2.2 火成岩：“浴火而生”  39 2.2.1 從岩漿到結晶岩  39 2.2.2 火成結構能告訴我們什麼？  40 2.2.3 火成岩的成分  41 2.2.4 火成岩的分類  41 2.2.5 不同火成岩的成因  44 2.3 岩石風化形成沉積物  45 2.3.1 機械風化作用  46 2.3.2 化學風化作用  47 2.4 沉積岩：壓實和膠結的沉積物  48 2.4.1 沉積岩分類  49 2.4.2 沉積物的石化作用  53 2.4.3 沉積岩的特征  53 2.5 變質岩：由老變新的岩石  54 2.5.1 變質作用的動力是什麼？  55 2.5.2 變質結構  57 2.5.3 常見的變質岩石  57 概念回顧：岩石：固態岩石圈的組成物質  59 思考題  61 第3章 水成地貌  63 3.1 地球的外力作用  64 3.2 崩塌作用：重力作用的結果  64 3.2.1 崩塌作用和地貌形成  65 3.2.2 崩塌作用的控制和誘發  67 3.2.3 無誘因的滑坡？  68 3.3 水循環  68 3.4 流動的水  69 3.4.1 流域  70 3.4.2 河流繫統  70 3.4.3 水繫類型  71 3.5 流速  72 3.5.1 影響流速的因素  73 3.5.2 從上遊到下遊的變化  73 3.6 流水的作用  74 3.6.1 河流侵蝕  74 3.6.2 河流的搬運作用  75 3.6.3 河流的沉積作用  76 3.7 河道  76 3.7.1 基岩河道  76 3.7.2 衝積河道  76 3.8 河谷的形態  78 3.8.1 基準面和河流侵蝕  78 3.8.2 深切河谷  79 3.8.3 河谷拓寬  80 3.8.4 基準面的變化和深切的河曲  81 3.9 沉積地貌  81 3.9.1 三角洲  81 3.9.2 天然堤壩  83 3.10 洪水與防洪  83 3.10.1 洪水的成因  83 3.10.2 防洪  84 3.11 地下水：地表之下的水  85 3.11.1 地下水的重要性  85 3.11.2 地下水的地質作用  86 3.11.3 地下水的分布  86 3.11.4 影響地下水存儲和運動的 因素  87 3.11.5 隔水層與含水層  88 3.11.6 地下水的運動  88 3.12 泉、井和承壓繫統  88 3.12.1 泉  89 3.12.2 井  90 3.12.3 承壓繫統  90 3.13 地下水的環境問題  92 3.13.1 不可再生的地下水資源  92 3.13.2 地下水開采引起的地面沉降  93 3.13.3 地下水污染  93 3.14 地下水的地質作用  95 3.14.1 溶洞  95 3.14.2 喀斯特地貌  96 概念回顧：水成地貌  98 思考題  100 第4章 冰川與干旱地貌  102 4.1 冰川：兩個基本循環的一部分  103 4.1.1 山嶽（阿爾卑斯）冰川  103 4.1.2 冰蓋  104 4.1.3 其他類型的冰川  105 4.2 冰川如何移動  105 4.2.1 觀察並測量冰川的運動  106 4.2.2 冰川的估算：增長與消融  107 4.3 冰蝕作用  108 4.3.1 冰川如何侵蝕  108 4.3.2 冰蝕地貌  109 4.4 冰川沉積  111 4.4.1 冰磧物的類型  111 4.4.2 冰磧石、冰水沉積平原和 冰磧湖  112 4.4.3 鼓丘、蛇丘和冰礫阜  114 4.5 冰期冰川的其他作用  115 4.6 冰期冰川作用的範圍  116 4.7 荒原  117 4.7.1 干涸土地的分布與成因  118 4.7.2 水在干旱氣候中的作用  120 4.8 盆地和山脈：多山荒漠地貌的演化  121 4.9 風蝕作用  122 4.9.1 風蝕、膨脹露頭和沙漠礫石蓋層  123 4.9.2 風蝕作用  125 4.10 風成沉積  125 4.10.1 黃土  125 4.10.2 沙丘  125 概念回顧：冰川和干旱地貌  127 思考題  129 第5章 板塊構造論：一場科學的革命  131 5.1 從大陸漂移說到板塊構造論  132 5.2 大陸漂移說：超越時代的一個想法  133 5.2.1 證據：大陸拼圖  133 5.2.2 證據：跨海化石的吻合  134 5.2.3 證據：岩石類型和地質 特征  135 5.2.4 證據：古氣候  135 5.3 大辯論  137 5.3.1 對漂移學說的抵制  137 5.4 板塊構造論  138 5.4.1 覆蓋軟流圈的剛性岩石圈  138 5.4.2 地球的主要板塊  140 5.4.3 板塊邊界  140 5.5 離散板塊邊界和海底擴張  140 5.5.1 洋中脊和海底擴張  140 5.5.2 大陸裂谷  143 5.6 彙聚板塊邊界與俯衝作用  143 5.6.1 洋－陸彙聚  144 5.6.2 洋－洋彙聚  145 5.6.3 陸－陸彙聚  146 5.7 轉換板塊邊界  147 5.8 檢驗板塊構造模型  149 5.8.1 證據：大洋鑽探  149 5.8.2 證據：地幔柱和熱點  150 5.8.3 證據：古地磁學  151 5.9 什麼驅使板塊運動？  154 5.9.1 驅使板塊運動的力  154 5.9.2 板塊－地幔對流模型  156 5.10 板塊和板塊邊界如何變化？  157 5.10.1 泛大陸的裂解  157 5.10.2 未來的板塊構造  158 概念回顧：板塊構造：一場科學的革命  159 思考題  162 第6章 動蕩的地球：地震、地質構造 和造山運動  164 6.1 什麼是地震  165 6.1.1 探索地震的成因  166 6.1.2 斷層與地震  167 6.2 地震學：地震波研究  169 6.2.1 記錄地震的儀器  169 6.3 震源定位  171 6.4 確定地震大小  172 6.4.1 烈度表  173 6.4.2 震級表  173 6.5 地震的破壞作用  176 6.5.1 火災  179 6.5.2 什麼是海嘯？  179 6.6 地震帶與板塊邊界  181 6.7 地球內部  182 6.7.1 地球分層結構的形成  183 6.7.2 探索地球內部：“透視”地球的地震波  183 6.8 地球圈層  184 6.8.1 地殼  184 6.8.2 地幔  184 6.8.3 地核  185 6.9 岩石變形  185 6.9.1 岩石為什麼變形  185 6.9.2 岩石變形的類型  185 6.10 褶皺：韌性變形構造  186 6.10.1 背斜和向斜  186 6.10.2 穹窿和盆地  187 6.11 斷層：脆性變形構造  188 6.11.1 傾向滑移斷層  188 6.12 造山運動  190 6.13 俯衝作用與造山運動  191 6.13.1 島弧型造山運動  192 6.13.2 安第斯型造山運動  192 6.14 踫撞造山帶  193 6.14.1 科迪勒拉型造山運動  193 6.14.2 大陸踫撞：阿爾卑斯型造山 運動  194 概念回顧：動蕩的地球：地震、地質構造和造山運動  197 思考題  200 第7章 火山及其他岩漿活動  202 7.1 聖海倫火山和基拉韋阨火山  203 7.2 火山噴發的性質  204 7.2.1 影響黏度的因素  204 7.2.2 寧靜式和爆裂式火山噴發  205 7.3 火山噴發期間擠出的物質  206 7.3.1 熔岩流  206 7.3.2 氣體  207 7.3.3 火成碎屑物  207 7.4 火山結構  209 7.5 盾狀火山  210 7.5.1 莫納羅亞火山：地球上優選的盾狀火山  210 7.5.2 夏威夷基拉韋阨火山：噴發的盾狀火山  211 7.6 火山錐  212 7.6.1 帕裡庫廷火山：各種火山錐的花園  213 7.7 復式火山  213 7.8 火山災害  214 7.8.1 火山碎屑流：致命的自然力量  215 7.8.2 火山泥流：活躍和不活躍火山錐的火山泥流  216 7.8.3 其他火山災害  216 7.9 其他火山地貌  218 7.9.1 破火山口  218 7.9.2 裂隙噴發和玄武岩高原  220 7.9.3 火山頸和火山管道  221 7.10 侵入岩漿活動  221 7.10.1 侵入岩體的性質  221 7.10.2 板狀侵入岩體：岩牆和岩席  222 7.10.3 塊狀侵入岩體：岩基、岩株和岩蓋  224 7.11 部分熔融和岩漿的成因  224 7.11.1 部分熔融  225 7.11.2 從固態岩石產生岩漿  225 7.11.3 壓力降低：減壓熔融  225 7.12 板塊構造和火山活動  227 7.12.1 彙聚板塊邊界的火山活動  227 7.12.2 離散板塊邊界的火山活動  229 7.12.3 板內火山活動  229 概念回顧：火山和其他岩漿活動  230 思考題  233 第8章 地質年代  235 8.1 地質學簡史  236 8.1.1 災變論  236 8.1.2 現代地質學的誕生  237 8.1.3 當代地質學  237 8.2 創建年代表――相對定年原理  237 8.2.1 年代表的重要性  237 8.2.2 絕對年代和相對年代  238 8.2.3 疊加原理  238 8.2.4 原始水平原理  238 8.2.5 穿切關繫原理  239 8.2.6 包裹物原理  239 8.2.7 不整合  240 8.2.8 相對定年原理的應用  241 8.3 化石：過去生命的證據  243 8.3.1 化石類型  243 8.3.2 保留化石的條件  244 8.4 岩層對比  244 8.4.1 有限區域內的對比  245 8.4.2 化石對比  245 8.5 放射性測年  247 8.5.1 基本的原子結構回顧  247 8.5.2 放射性  247 8.5.3 半衰期  248 8.5.4 使用不同的同位素  249 8.5.5 C14測年  249 8.6 地質年代表  250 8.6.1 年代表的結構  250 8.6.2 前寒武紀  250 8.6.3 術語和地質年代表  251 8.7 確定沉積岩的絕對年代  252 概念回顧：地質年代  253 思考題  254 第9章 海洋：最後的淨土  256 9.1 浩瀚的海洋世界  257 9.1.1 海洋地理學  257 9.1.2 對比海洋與大陸  258 9.2 海水的構成  258 9.2.1 鹽度  259 9.2.2 海鹽的來源  259 9.2.3 影響海水鹽度的過程  259 9.3 溫度和密度隨深度的變化  260 9.3.1 溫度變化  261 9.3.2 密度變化  261 9.3.3 海洋分層  262 9.4 新興的海底圖像  263 9.4.1 繪制海底地形圖  263 9.4.2 從太空繪制海底地形圖  264 9.4.3 海底  266 9.5 大陸邊緣  266 9.5.1 被動大陸邊緣  266 9.5.2 活動大陸邊緣  269 9.6 深海盆地的特征  269 9.6.1 深海溝  269 9.6.2 深海平原  269 9.6.3 海底火山結構  270 9.7 洋脊  270 9.7.1 洋脊剖析  270 9.7.2 洋脊抬升的原因  271 9.8 海底沉積物  272 9.8.1 海底沉積物的類型  272 9.8.2 海底沉積物――氣候數據寶庫  273 概念回顧：海洋：最後的淨土  274 思考題  276 0章 動蕩的海洋  278 10.1 海洋的表層環流  279 10.1.1 洋流模式  279 10.1.2 洋流影響氣候  281 10.2 上升流和深海環流  282 10.2.1 海岸上升流  282 10.2.2 深海環流  283 10.3 海岸：一個動態界面  284 10.4 波浪  285 10.4.1 波浪的特征  285 10.4.2 圓周運動  286 10.4.3 碎波帶的波浪  286 10.5 海灘和海岸的形成過程  287 10.5.1 波浪侵蝕  288 10.5.2 海灘上的泥沙運動  288 10.6 海岸的特點  290 10.6.1 侵蝕的特點  290 10.6.2 沉積特征  291 10.6.3 不斷變化的海岸  292 10.7 海岸加固  293 10.7.1 硬加固  294 10.7.2 硬加固的替代方法  295 10.8 美國海岸的比較  296 10.8.1 大西洋和墨西哥灣海岸  296 10.8.2 太平洋海岸  297 10.8.3 海岸分類  298 10.9 潮汐  299 10.9.1 潮汐的成因  300 10.9.2 月潮周期  300 10.9.3 潮汐類型  300 10.9.4 潮汐流  301 概念回顧：動蕩的海洋  302 思考題  304 1章 大氣加熱  306 11.1 關注大氣  307 11.1.1 美國的天氣  307 11.1.2 天氣和氣候  307 11.2 大氣的組成  309 11.2.1 主要成分  309 11.2.2 二氧化碳（CO2）  310 11.2.3 變化的成分  310 11.2.4 臭氧減少――一個全球性問題  311 11.3 大氣的垂向結構  312 11.3.1 壓力變化  312 11.3.2 溫度變化  313 11.4 地日關繫  315 11.4.1 地球運動  315 11.4.2 四季的成因  315 11.4.3 地球的方向  316 11.4.4 夏至/鼕至和春分/秋分  317 11.5 能量、熱量和溫度  319 11.5.1 熱傳遞方式：傳導  319 11.5.2 熱傳遞方式：對流  320 11.5.3 熱傳遞方式：熱輻射  320 11.6 大氣加熱  322 11.6.1 吸收太陽輻射發生了什麼？  322 11.6.2 反射和散射  322 11.6.3 吸收  323 11.6.4 大氣層變暖：溫室效應  323 1.7 人類活動對全球氣候的影響  324 11.7.1 二氧化碳含量增加  324 11.7.2 大氣響應  326 11.7.3 一些可能的後果  326 11.8 氣溫數據  327 11.9 影響氣溫的因素  329 11.9.1 海陸分布  329 11.9.2 海撥高度  330 11.9.3 地理位置  330 11.9.4 雲量和反照率  331 11.10 氣溫的全球分布  332 概念回顧：加熱大氣  333 思考題  335 2章 濕度、雲和降水  337 12.1 水的相變  338 12.1.1 冰、液態水和水汽  338 12.1.2 潛熱  338 12.2 濕度：空氣中的水汽  340 12.2.1 飽和  340 12.2.2 混合比  341 12.2.3 相對濕度  341 12.2.4 露點溫度  343 12.2.5 測量濕度  343 12.3 雲的形成基礎：絕熱冷卻  344 12.3.1 霧、露和雲的形成  344 12.3.2 絕熱溫度變化  345 12.3.3 絕熱冷卻和凝結  345 12.4 空氣上升過程  346 12.4.1 地形抬升  346 12.4.2 鋒面楔入  347 12.4.3 局地對流抬升  347 12.5 天氣的形成：大氣穩定度  348 12.5.1 穩定度類型  349 12.5.2 穩定度和日常天氣  350 12.6 凝結和雲的形成  351 12.6.1 雲的分類  351 12.7 霧  354 12.7.1 冷卻霧  354 12.7.2 蒸發霧  355 12.8 降水的形成  357 12.8.1 冷雲降水：伯傑龍過程  358 12.8.2 暖雲降水：踫並過程  359 12.9 降水類型  359 12.9.1 雨  360 12.9.2 雪  360 12.9.3 雨夾雪和凍雨  360 12.9.4 冰雹  360 12.9.5 霧凇  361 12.10 降水的觀測  362 12.10.1 降雪測量  362 12.10.2 天氣雷達測量降水  362 概念回顧：濕度、雲和降水  363 思考題  365 3章 大氣運動  367 13.1 了解氣壓  368 13.1.1 觀察氣壓  369 13.1.2 測量氣壓  369 13.2 影響風的因素  370 13.2.1 科裡奧利力  372 13.2.2 地面摩擦力  373 13.3 高壓與低壓  375 13.3.1 氣旋風和反氣旋風  375 13.3.2 與高壓和低壓相關的 天氣  376 13.4 大氣環流  377 13.4.1 地球不自轉時的環流  377 13.4.2 理想的全球環流  377 13.4.3 大陸的影響  378 13.4.4 西風帶  379 13.5 局地風  380 13.5.1 陸風和海風  380 13.5.2 山風和谷風  380 13.5.3 欽諾克風和聖塔安娜風  381 13.6 風的觀測  382 13.7 全球降水分布  383 概念回顧：大氣運動  384 思考題  386 4章 天氣模式與惡劣天氣  387 14.1 氣團  388 14.1.1 氣團是什麼？  388 14.1.2 氣團的發源地  388 14.1.3 與氣團相關的天氣  389 14.2 鋒面  391 14.2.1 暖鋒  391 14.2.2 冷鋒  392 14.2.3 靜止鋒和錮囚鋒  393 14.3 中緯度氣旋  394 14.3.1 理想的中緯度氣旋天氣  395 14.3.2 高空氣流的作用  396 14.4 雷暴  397 14.4.1 名稱的含義  397 14.4.2 雷暴的形成  398 14.4.3 雷暴發展的各個階段  399 14.5 龍卷風  400 14.5.1 龍卷風的形成和發展  401 14.5.2 龍卷風的破壞性  403 14.5.3 龍卷風預報  404 14.6 颶風  405 14.6.1 颶風概況  406 14.6.2 颶風的形成與消亡  407 14.6.3 颶風的破壞性  408 14.6.4 颶風跟蹤  410 概念回顧：天氣模式和惡劣天氣  411 思考題  413 5章 太陽繫的特點  415 15.1 古代天文學  416 15.1.1 天文學的黃金時代  416 15.1.2 托勒密模型  417 15.2 現代天文學的誕生  419 15.2.1 哥白尼  419 15.2.2 第谷  420 15.2.3 開普勒  420 15.2.4 伽利略  422 15.2.5 牛頓  424 15.3 太陽繫概述  425 15.3.1 星雲說：太陽繫的形成  425 15.3.2 行星：內部結構和大氣層  427 15.3.3 行星踫撞  429 15.4 地球的衛星――月球：古老 地體的碎片  430 15.4.1 月球的成因  430 15.5 類地行星  433 15.5.1 水星：最靠內的行星  433 15.5.2 金星：神秘的行星  434 15.5.3 火星：紅色的行星  435 15.6 類木行星  437 15.6.1 木星：天體的主宰  437 15.6.2 土星：優雅的行星  439 15.6.3 天王星和海王星：雙胞胎  441 15.7 太陽繫中的小型天體  442 15.7.1 小行星：剩下的星子  443 15.7.2 彗星：“髒雪球”  444 15.7.3 彗星的範圍：柯伊伯帶 和奧爾特雲帶  445 15.7.4 流星：地球的造訪者  445 15.7.5 矮行星  447 概念回顧：太陽繫的性質  448 思考題  450 6章 繫外宇宙  452 16.1 宇宙  453 16.1.1 宇宙有多大？  453 16.1.2 宇宙簡史  454 16.2 星際物質：星星的溫床  455 16.2.1 亮星雲  455 16.2.2 暗星雲  457 16.3 星體分類：赫羅圖  457 16.4 恆星演化  459 16.4.1 恆星的誕生  459 16.4.2 原恆星階段  460 16.4.3 主序星階段  460 16.4.4 紅巨星階段  460 16.4.5 燃盡和消亡階段  460 16.5 恆星殘骸  462 16.5.1 白矮星  462 16.5.2 中子星  462 16.5.3 黑洞  463 16.6 星繫和星團  464 16.6.1 星繫分類  464 16.6.2 星團  466 16.6.3 星團踫撞  466 16.7 大爆炸理論  467 16.7.1 宇宙擴張的證據  467 16.7.2 大爆炸理論的預言  468 16.7.3 宇宙的命運是什麼？  468 概念回顧：繫外宇宙  468 思考題  470 附錄A 公制和英制單位的換算  472 附錄B 地球的網格繫統  474 附錄C 相對濕度和露點溫度對照表  476 附錄D 恆星的性質  478 詞彙表  482