本書不僅對地球系統(tǒng)的各個組分(固體地球、大氣、海洋及生物圈)進(jìn)行了介紹,還從化學(xué)基本原理出發(fā),介紹了主要化學(xué)元素(碳、氮、磷、硫和氧)在這些組分間的全球生物地球化學(xué)循環(huán),并利用模型對其進(jìn)行廠數(shù)值模擬。本書的第1章、第2章和第3章依次給出生物地球化學(xué)循壞的介紹和基本原理的回顧(即基本的化學(xué)概念、地球系統(tǒng)的相關(guān)特點(diǎn)以及系統(tǒng)的關(guān)鍵物理、生物和化學(xué)過程)。第4章介紹了代表生物地球化學(xué)循環(huán)的數(shù)學(xué)形式,由一系列微分方程和解方程技巧表示。第5章、第6章、第7章和第8章分別討論并模擬了全球磷、碳、硫和氮的循壞。第9章綜合了磷、碳、硫和氮的循環(huán),并討論了大氣中氧氣的穩(wěn)定性。總的來說,這是一本較綜合全面的生物地球化學(xué)循環(huán)參考書,其中的模型程序使學(xué)生可以與教師進(jìn)行交互式工作,也可使個人和小組課題在教室外進(jìn)行。
第1章生物地球化學(xué)循環(huán)及其在地球系統(tǒng)中的作用
1.1引言
1.2開放循環(huán)與封閉循環(huán)
1.3我們?yōu)槭裁搓P(guān)心生物地球化學(xué)循環(huán)?
1.4我們應(yīng)該研究哪些元素?
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第2章化學(xué)熱力學(xué)原理
2.1引言
2.2基本要點(diǎn)
2.3酸—堿平衡
2.4相變
2.5平衡在co2-h2o-ca系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.5.1純碳酸系統(tǒng)
2.5.2碳酸鈣系統(tǒng)
2.6氧化還原性質(zhì)
第1章生物地球化學(xué)循環(huán)及其在地球系統(tǒng)中的作用
1.1引言
1.2開放循環(huán)與封閉循環(huán)
1.3我們?yōu)槭裁搓P(guān)心生物地球化學(xué)循環(huán)?
1.4我們應(yīng)該研究哪些元素?
建議閱讀
第2章化學(xué)熱力學(xué)原理
2.1引言
2.2基本要點(diǎn)
2.3酸—堿平衡
2.4相變
2.5平衡在co2-h2o-ca系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.5.1純碳酸系統(tǒng)
2.5.2碳酸鈣系統(tǒng)
2.6氧化還原性質(zhì)
2.6.1價態(tài)
2.6.2氧化還原半反應(yīng)
2.6.3氧化還原平衡
2.7pe-ph穩(wěn)定性圖
2.7,l水的pe-ph穩(wěn)定性圖
2.7.2簡單硫系統(tǒng)的pe-ph穩(wěn)定性圖
2.7.3pe-ph穩(wěn)定性圖中的亞穩(wěn)態(tài)邊界
2.8結(jié)論
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習(xí)題
第3章地球系統(tǒng)
3.1引言
3.2水圈
3.2.1海洋底部
3.2.2海洋的物理性質(zhì)
3.2.3海洋化學(xué)
3.2.4海洋年齡——一個悖論?
3.3巖石圈
3.3.1地殼中的巖石和礦物質(zhì)
3.3.2板塊構(gòu)造學(xué)說
3.4大氣圈
3.4.1大氣的組成
3.4.2大氣的物理性質(zhì)
3.4.3大氣風(fēng)與湍流混合
3.5生物圈
3.5.1新陳代謝過程
3.5.2生物圈的組成
3.5.3初級生產(chǎn)
3.6結(jié)論
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習(xí)題
第4章生物地球化學(xué)循環(huán)的數(shù)學(xué)模擬
4.1引言
4.2線性箱式模型
4.3簡單的例子:生物地球化學(xué)大學(xué)一世界循環(huán)
4.3.1c1,世界的人數(shù)
4.3.2c2,大學(xué)的人數(shù)
4.3.3k2→1,從大學(xué)到世界的轉(zhuǎn)移系數(shù)
4.3.4k1→2,從世界到大學(xué)的轉(zhuǎn)移系數(shù)
4.4運(yùn)用微分方程模擬大學(xué)—世界循環(huán)
4.4.1第一組解
4.4.2第二組解
4.4. 3完全一般解
4.4.4例1:穩(wěn)態(tài)解
4.4.5例2:大學(xué)創(chuàng)立時期的初始狀態(tài)
4.4.6例3:擾動試驗(yàn)
4.4.7小結(jié)
4.5生物地球化學(xué)循環(huán)中的特征值和特征向量解法
4.5.1含n個儲庫的一般問題
4.5.2用向量矩陣形式設(shè)立問題
4.5.3特征值和特征向量問題一般解的獲取
4.5.4應(yīng)用初始條件獲得特定解
4.5.5特征值和特征向量方法小結(jié)
4.6運(yùn)用boxes模擬生物地球化學(xué)循環(huán)的方法
4.7結(jié)論
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習(xí)題
第5章全球磷循環(huán)
5.1引言
5.2磷的氧化還原性質(zhì)
5.3磷循環(huán)的生物地球化學(xué)反應(yīng)
5.3.1磷循環(huán)與生物圈的耦合——光合與呼吸
5.3.2磷循環(huán)與巖石圈的耦合——沉積與風(fēng)化
5.4磷的循環(huán)
5.4.1c1:沉積物儲庫
5.4.2c2:陸地土壤儲庫
5.4.3c3:陸地生物儲庫
5.4.4c4:海洋生物儲庫
5.4.5c5:表層海洋儲庫
5.4.6c6:深層海洋儲庫
5.4.7f2→1:陸地土壤儲庫到沉積物儲庫流量
5.4.8f2→3:陸地土壤儲庫到陸地生物儲庫流量
5.4.9f3→2:陸地生物儲庫到陸地土壤儲庫流量
5.4.10f2→5:陸地土壤儲庫到表層海洋儲庫流量
5.4.1lf5→4:表層海洋儲庫到海洋生物儲庫流量
5.4.12f4→5:海洋生物儲庫到表層海洋儲庫流量
5.4.13f4→6:海洋生物儲庫到深層海洋儲庫流量
5.4.14f5→6:表層海洋儲庫到深層海洋儲庫流量
5.4.15f6→5:深層海洋儲庫到表層海洋儲庫流量
5.4.16f6→1”深層海洋儲庫到沉積物儲庫流量
5.4.17f1→2:沉積物儲庫到陸地土壤儲庫流量
5.4.18建立矩陣k
5.5運(yùn)用boxes研究磷循環(huán)
5.5.1試驗(yàn)1:驗(yàn)證穩(wěn)態(tài)模型
5.5.2試驗(yàn)2:人為活動的影響
5.5.3試驗(yàn)3:光合作用加倍
5.6結(jié)論
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習(xí)題
第6章全球碳循環(huán)
6.1引言
6.2碳的氧化還原性質(zhì)
6.3工業(yè)化前碳的全球生物地球化學(xué)循環(huán)
6.4人為排放的影響及其“留存大氣比例”
6.4.1運(yùn)用boxes模型進(jìn)行簡單模擬
6.4.2boxes模型的“準(zhǔn)非線性”模擬
6.5人為干擾的持續(xù)性
6.6結(jié)論
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習(xí)題
第7章全球硫循環(huán)
7.1引言
7.2硫的氧化還原性質(zhì)
7.3硫循環(huán)中的重要生物地球化學(xué)反應(yīng)
7.3.1黃鐵礦(fes2)的形成與風(fēng)化
7.3.2石膏(caso4?2h2o)的形成與風(fēng)化
7.4工業(yè)化前的全球硫循環(huán)
7.5數(shù)值試驗(yàn)1:二疊紀(jì)時期石膏沉積物增加的模擬
7.6數(shù)值試驗(yàn)2:人為干擾的影響和持續(xù)性
7.7結(jié)論
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習(xí)題
第8章全球氮循環(huán)
8.1引言
8.2氮的氧化還原性質(zhì)
8.3氮循環(huán)的關(guān)鍵生物地球化學(xué)反應(yīng)
8.3.1氮的固定——生物固氮與非生物固氮
8.3.2氨的同化或光合作用
8.3.3同化硝酸鹽的還原
8.3.4氨化或礦化
8.3.5硝化
8.3.6氨的揮發(fā)
8.3.7大氣化學(xué)
8.3.8反硝化
8.4工業(yè)革命以前的穩(wěn)態(tài)氮循環(huán)
8.5數(shù)值試驗(yàn):人類擾動的影響及持續(xù)時間
8.6結(jié)論
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習(xí)題
第9章綜合循環(huán):大氣氧的穩(wěn)定度
9.1引言
9.2短時間尺度內(nèi)的氧循環(huán):生物圈的連接
9.3長時間尺度上的氧循環(huán):巖石圈的連接
9.4構(gòu)建氧循環(huán)的數(shù)學(xué)模型
9.4.1微分方程
9.4.2流量數(shù)學(xué)表達(dá)式的推導(dǎo)
9.4.3方程求解
9.5數(shù)值試驗(yàn)1:再論二疊紀(jì)時期石膏沉積的加強(qiáng)
9.5.1試驗(yàn)設(shè)置
9.5.2試驗(yàn)結(jié)果
9.6數(shù)值試驗(yàn)2:世界末日情景
9.7數(shù)值試驗(yàn)3:利用氧循環(huán)來尋找“失蹤的碳”
9.7.1試驗(yàn)設(shè)置
9.7.2試驗(yàn)結(jié)果
9.8結(jié)論,
建議閱讀
習(xí)題
附錄平衡常數(shù)(25℃)
專業(yè)術(shù)語
索引
譯后記