观念地球科学1：地质‧地景 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Frederick K. Lutgens, Edward J. Tarbuck, Dennis Tasa

图书标签:

• 地质学
• 地景学
• 地球科学
• 地貌
• 地质灾害
• 岩石
• 矿物
• 构造地质
• 环境地质
• 地理学

　　地球上，坚硬的地壳是岩石构成的，
　　组成岩石的基本物质则是矿物，
　　你知道什么是矿物吗？矿物与岩石的差异何在？
　　地球上含量最丰富的矿物群为何？
　　地球上有哪几类岩石？这些分类跟地球的地质作用有何关连？
　　刻划地表的作用力，又有哪些？

　　不可一日缺乏的水，在地球上的循环途径为何？
　　驱使水进行循环的的能源又为何？
　　河流、地下水、井水之间有何种关连？
　　地下水在目前面临了哪些环境问题？

　　身为地球人的你，认识我们所在的这颗美丽星球吗？
　　我们的地球，现在面临哪些重要的环保议题，你知道吗？
　　《观念地球科学1》就是要循序渐进，告诉你地球的点点滴滴。
 

深入探索宇宙的奥秘：从宇宙起源到恒星演化 本书将带领读者踏上一段激动人心的旅程，穿越浩瀚无垠的宇宙时空，从宇宙的开端追溯至今，揭示天体运行的内在规律，探索物质的终极形态。我们聚焦于宇宙学、天体物理学以及行星科学的前沿发现，力求为读者构建一个全面而深刻的宇宙图景。 第一部分：宇宙的黎明——从奇点到结构形成 第一章：宇宙的起源与早期演化 本章深入探讨宇宙学的基础理论，从爱因斯坦的广义相对论出发，解析描述时空结构的场方程。我们将详细阐述大爆炸理论（Big Bang Theory）的核心思想，包括宇宙膨胀的证据——哈勃定律和宇宙微波背景辐射（CMB）。 奇点与暴胀模型： 考察宇宙诞生之初的极端状态，以及暴胀理论如何解决视界问题和磁单极子问题。我们将分析普朗克卫星等任务提供的最新CMB观测数据，理解早期宇宙的温度和密度涨落如何成为日后星系形成的“种子”。 物质的形成与核合成： 描述大爆炸后最初三分钟内，轻元素（氢、氦、锂）的形成过程。计算不同温度和密度下核反应的速率，并与实际观测到的元素丰度进行对比，验证标准宇宙学模型的有效性。 宇宙的“黑暗时代”： 探讨在第一代恒星形成之前，宇宙中仅由中性氢和氦构成的漫长时期。分析再电离过程（Reionization）的发生机制，以及早期恒星和类星体对宇宙再电离化的贡献。 第二章：暗物质与暗能量的挑战 现代宇宙学面临两大核心难题：构成宇宙绝大部分质量和能量的“暗”成分。本章致力于解析这些神秘组分的研究进展。 暗物质的证据与候选者： 梳理星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应以及宇宙大尺度结构形成中暗物质的动力学证据。讨论粒子物理学中WIMP（弱相互作用重粒子）等主流候选模型，以及直接探测和间接探测实验的最新进展。 暗能量的性质与宇宙加速膨胀： 阐述超新星观测（Ia型）如何揭示宇宙正在加速膨胀这一惊人事实。探讨暗能量的本质——可能是宇宙学常数（$Lambda$），也可能是动态的标量场（如托拉通模型）。分析未来任务如欧几里得太空望远镜对暗能量性质的精确测量目标。 大尺度结构的形成： 结合牛顿引力和暗物质的引力作用，模拟和解析宇宙中星系、星系团和超星系团网络的形成过程。理解物质如何从均匀分布演化为我们今天观测到的宇宙网结构。 第二部分：恒星的诞生、生命与死亡 第三章：恒星的演化与能量来源 恒星是宇宙中最活跃、最迷人的天体之一，它们是重元素的熔炉。本章聚焦于恒星从诞生到死亡的整个生命周期。 星际介质与分子云的坍缩： 描述恒星诞生的摇篮——分子云的物理性质。分析重力不稳定性、湍流和磁场在触发分子云局部坍缩形成原恒星中的作用。 主序星阶段与能量平衡： 深入探讨恒星内部的能量产生机制，重点分析质子-质子链反应（pp-chain）和碳氮氧循环（CNO cycle）。解释恒星如何通过流体静力平衡维持稳定状态，以及恒星质量如何决定其主序星寿命和光度。 恒星内部结构模型： 构建恒星结构方程（质量连续性方程、能量传输方程、状态方程），求解不同层次（辐射区、对流区）的温度、密度和压力梯度，建立起精确的恒星演化模型。 第四章：致密天体与超新星爆发 恒星生命的终点决定了宇宙物质的再分配。本章考察高密度天体和宇宙中最剧烈的能量释放事件。 红巨星分支与热核闪耀： 描述低质量恒星在耗尽核心氢燃料后向红巨星的演化，以及氦聚变的点火过程。探讨白矮星的形成及其电子简并压力限制。 超新星爆发的物理机制： 区分II型（核心坍缩）和Ia型（热核失控）超新星。详细解析核心坍缩超新星中，中微子逃逸、核密度增加和反弹激波形成的关键物理过程，并解释它们如何将生命必需的重元素抛射到星际空间。 中子星与黑洞： 探讨中子星的内部结构，包括夸克物质的可能性和超强磁场的作用。深入解析广义相对论下的黑洞概念，包括事件视界、史瓦西半径和信息的悖论，以及观测到的引力波事件（如LIGO/Virgo）如何验证这些极端天体的存在。 第三部分：行星系统与宜居带的探索 第五章：太阳系的形成与行星分化 本部分将焦点从恒星转移到其周围的行星系统，着重分析太阳系的形成过程和地球独特性。 星云假说与吸积盘： 重述太阳系起源的星云假说。分析角动量守恒和温度梯度在形成原行星盘中的作用，解释岩石行星（类地行星）和气态巨行星（类木行星）的分布差异。 行星内部动力学： 考察行星分化（地核、地幔、地壳）的过程，解释放射性衰变和潮汐加热如何提供行星内部热源。探讨板块构造、火山活动和磁场对行星演化和长期宜居性的重要意义。 小天体与撞击历史： 分析小行星带、柯伊伯带和奥尔特云的组成和起源，它们是太阳系早期物质的“活化石”。通过研究撞击坑记录，重建太阳系早期的剧烈撞击时期（Late Heavy Bombardment）。 第六章：系外行星的发现与宜居性评估 人类对地外生命的探索正以前所未有的速度发展，系外行星研究是该领域的核心。 系外行星的探测技术： 详细介绍开普勒太空望远镜、TESS等任务使用的主要探测方法，包括凌日法（Transit Method）和视向速度法（Radial Velocity Method）。讨论直接成像技术和引力微透镜技术的优势与局限。 行星大气特征与生物信号： 阐述如何利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对系外行星大气进行透射光谱分析，识别水蒸气、甲烷和氧气等关键分子。 宜居带与生命存在的条件： 定义围绕恒星的“宜居带”（Habitable Zone），但更进一步，探讨“类地”行星是否必须位于传统宜居带内。讨论“次要宜居性因素”，如行星磁场、板块构造、稳定轨道和恒星活动性对维持长期生命的关键作用。 本书旨在提供一个跨越尺度和能量范围的综合视角，将从量子涨落到宇宙网的宏大叙事，与恒星内部的核物理过程紧密结合，使读者能够领会到现代地球科学和天体物理学交叉领域的深刻魅力。

作者简介

吕特根(Frederick K. Lutgens)
    
　　美国伊利诺中央学院的荣誉教授，与塔布克（Edward J. Tarbuck）合着了无数的地球科学丛书，都是全美地科教师争相使用的教材。

塔布克(Edward J. Tarbuck)

　　美国伊利诺中央学院的荣誉教授，与吕特根（Frederick K. Lutgens）合着了无数的地球科学丛书，都是全美地科教师争相使用的教材。

塔沙(Dennis Tasa)
    
　　专注于地理景观摄影与绘制的艺术家，与吕特根（Frederick K. Lutgens）及塔布克（Edward J. Tarbuck）两位教授共同出版了许多精彩的好书。

译者简介

王季兰

　　中央大学应用地质所硕士，美国艾默森学院整合行销传播硕士，曾任天下文化科学编辑。喜爱阅读与旅游，迷恋猫咪与一切美的事物，坚持理性与感性共存。目前专事文字工作。
　　
　　作品有《孙维新谈天》（孙维新╱着、王季兰╱整理）、《奈米，不是啥稀米》（工研院材料所╱着、王季兰╱整理），译作有《轻观念科学图本》、《观念地球科学 1、2》，以及《我爱读天文的故事》、《神奇酷地理 7、8 》、《弹力模型动手做：机器人总动员》等数本小天下儿童读物。
 

序　如何阅读《观念地球科学》
第0章　地球科学简介

第一部　构成地球的物质
第1章　矿物——组成岩石的基本物质
第2章　岩石——固态地球物质

第二部　刻划地表
第3章　地景——水孕育大地

附录A　公制与英制单位对照
附录B　矿物检索表
附录C　相对溼度表与露点表
附录D　地球的方格系统
 

序

什么是地球科学？

吕特根、塔布克

　　火山喷发的壮观、岩岸壮丽的美景、台风的超强破坏力，都是地球科学家研究的课题。地球科学就是在解决许多与我们环境有关的迷人却又实际的问题。是什么样的力量造就了群山万壑？为什么天气这么阴晴不定？气候真的在变迁吗？地球的年龄是多少？以及地球与太阳系内其他行星相比是老还是年轻？海洋为何会有潮汐？冰期是什么样子？会有下一个冰期吗？我的脚底下可能存在一个生生不息的涌泉吗？

　　这本书的主题就是地球科学。了解地球不是件简单的事，因为我们这颗行星不是一个静止不变的固体，更切确的说，它是一个动态天体，拥有许多互相作用的构造，以及悠久与复杂的历史。

　　地球科学是综合的科学，是指所有试图了解地球及其太空邻居的各门科学，其中包括了地质学、海洋学、气象学与天文学。在这本书里，第一部到第四部谈的是地质学，顾名思义，这是与地球本身有关的科学。传统上把地质学分为两大部分——自然地质学与历史地质学。

　　自然地质学是检视地球组成物质的科学，并探索地底下与地表各种作用发生的过程。地球是一颗动态且无时不在变化的行星，地球内部的力会引发地震、驱使造山运动、或创造出火山构造。在地表，地球外部的力会把岩石噼裂，刻蚀地表，造就出各式各样的地形。水、风与冰的侵蚀作用，让地球上的我们有幸能欣赏多采多姿的地景风貌。由于岩石与矿物的形成反映出地球内部与外部的作用力，因此研究地球的成分，就成了了解我们这颗行星的最基本课题。

　　相对于自然地质学，历史地质学的目的在于了解地球的起源，与它46亿年的演变历史，致力于把地质历史上曾发生过的物质与生物变化，按时间排列做整理。从逻辑上来说，自然地质学的研究要在历史地质学之前，因为在我们试图揭开地球历史的面纱之前，必须要先了解地球是如何作用的。

　　第五部〈地球上的海洋〉专门讨论海洋学。事实上，海洋学不是独立的科学，我们甚至可以说，在研究海洋学的过程中，它的复杂性与互相关联性把所有科学都牵扯进来了。海洋学整合了化学、物理学、地质学与生物学，研究的范围包含海水的组成与运动，以及海岸变化、海洋地形学与海洋生物。

　　第六部〈地球的动态大气圈〉研究的是受地球重力吸引的气体混合物，距离地表愈高愈稀薄。这层摸不着也看不见的大气，受到地球运动与来自太阳能量的混合效应作用，产生了变化多端的天气型态，因此创造出地球的基本气候模式。气象学是研究大气圈以及天气与气候形成过程的科学。跟海洋学一样，在研究围绕在地球外那层薄薄空气的过程中，气象学同样整合了许多其他科学的应用。

　　第七部〈宇宙中的地球〉阐明的是，要了解地球，需要把地球与浩瀚的宇宙相提并论。这是因为地球和太空里的其他任何天体都有关连，研究宇宙的天文学对于探索我们环境的起源非常有帮助。由于我们对于自己居住的这颗行星非常熟悉，因此很容易忘记，地球只是广大宇宙里的一颗微小天体。的确，我们的地球与太空里的许多其他天体，都受到相同的物理定律支配，所以，了解地球起源有助于我们认识太阳系里的其他成员。此外，若你可以把太阳系视为组成我们银河的众多星体的一小部分，这个观念将非常受用，因为就连我们的银河，也只是宇宙中众多星系里的一个。

　　了解地球不是件简单的事，因为这颗行星是个会变动的天体，有许多互相作用的构造，并有复杂的历史。地球长久以来，一直是以不断演变之姿存在于宇宙中，事实上，在你阅读本书这一页的当下，地球正在改变，且在可预见的未来也依旧会如此。

　　（摘录自本书第0章）
 

评分☆☆☆☆☆

《观念地球科学1：地质‧地景》这本书，就像一本穿越时空的地球画卷，徐徐展开在我面前。我一直对大自然的鬼斧神工充满敬畏，而这本书则以一种非常系统而又充满趣味的方式，解答了我心中无数关于山川河流、地质奇观的疑问。它没有晦涩难懂的专业术语，而是用清晰的逻辑和生动的语言，将地球科学的奥秘一一呈现。 书中对于地质构造和地貌形成过程的讲解，可以说是细致入微，又妙趣横生。我从未想过，我们脚下的土地竟然如此“不安分”。板块的碰撞、挤压、分离，在亿万年的时光中，塑造了我们今天所看到的壮丽景色。书中的图解清晰地展示了断层、褶皱等构造形态，让我能够直观地理解地壳运动是如何改变地球表面的。 我尤其喜欢关于地貌演化的章节。从河流侵蚀、冰川作用，到风力搬运、海岸塑造，每一个地质营力都在书中得到了详尽的阐述。那些令人惊叹的峡谷、雄伟的冰川地貌、奇特的沙漠风蚀地貌，都通过文字和图片，栩栩如生地展现在我眼前，让我仿佛身临其境，感受着大自然的创造力。 这本书还有一个非常吸引我的地方，就是它能够将理论知识与实际应用相结合。比如，在讲解岩石圈结构时，它会提到矿产资源的分布规律；在介绍地质灾害时，它会探讨如何进行有效的监测和防御。这让我觉得，学习地球科学不仅是为了了解自然，更是为了更好地认识和利用我们的生存环境。 阅读过程中，我常常会停下来，回想自己曾经见过的山脉、河流，试图用书中学到的知识去解释它们是如何形成的。这种主动思考和探索的过程，极大地增强了我的学习乐趣和收获。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启发，让我对周围的世界有了更深层次的理解。 总而言之，《观念地球科学1：地质‧地景》是一本兼具知识性、趣味性和启发性的科普佳作。它以一种引人入胜的方式，带领读者走进地球科学的奇妙世界。我强烈推荐给所有对地球奥秘感兴趣的朋友，相信你们也会和我一样，在这本书中找到无限的惊喜和乐趣。

评分☆☆☆☆☆

这本《观念地球科学1：地质‧地景》简直是一次穿越时空的奇妙旅程！我一直对脚下的土地充满好奇，想知道那些巍峨的山峦、深邃的峡谷是如何形成的，而这本书就好像一位经验丰富的向导，带领我一步步揭开了地球的面纱。它没有枯燥乏味的公式和术语堆砌，而是用一种极其生动有趣的方式，将复杂的地球科学原理变得通俗易懂。当我翻开第一页，就被书中的插图深深吸引，那些逼真的地质构造图、地貌照片，仿佛把我带到了现场，亲眼目睹亿万年来地球的演变。 尤其是关于板块构造的章节，简直是颠覆了我以往的认知。原来我们脚下的陆地并不是静止不动的，而是在缓慢地漂移、碰撞、分离，正是这些“鬼斧神工”的运动，塑造了我们今天所看到的地貌。书里详细讲解了不同类型的板块边界，以及它们各自带来的地质现象，比如火山喷发、地震发生、山脉隆起等等，让我对这些听起来很遥远的自然灾害有了更深刻的理解，也更加敬畏大自然的力量。 我还特别喜欢书中关于地貌形成过程的阐述。从河流的侵蚀作用塑造出V字形的山谷，到冰川的搬运和堆积形成U字形的山谷和冰碛湖，再到风力在地貌形成中的作用，每一个过程都被描绘得栩栩如生。我尤其被书中关于喀斯特地貌的介绍所震撼，那些神秘的溶洞、石林，仿佛是地球内部在低语，讲述着岩石溶解、沉淀的漫长故事。这本书让我重新审视了身边的每一个山坡、每一条河流，它们都有着自己独特而精彩的“地质简历”。 这本书还有一个非常大的亮点，就是它不仅仅停留在理论层面，而是将地球科学与我们生活的实际联系起来。比如，它会讨论如何利用地质知识来寻找矿产资源，如何评估地震和火山的风险，甚至是如何规划城市建设才能更好地适应地质环境。这让我觉得学习地球科学不再是抽象的知识，而是与我们的生活息息相关的实用技能。读完之后，我感觉自己对环境保护、可持续发展也有了更深的认识，因为了解地球的运作方式，才能更好地去保护它。 总而言之，《观念地球科学1：地质‧地景》是一本非常值得推荐的书。无论你是地球科学的初学者，还是对地质地貌充满好奇的爱好者，这本书都能给你带来意想不到的惊喜。它不仅知识丰富，而且趣味盎然，读起来一点也不枯燥。它就像一扇窗户，让我得以窥探地球古老而壮丽的过去，也让我对我们赖以生存的这颗星球有了更深层次的理解和热爱。强烈建议大家捧读这本书，绝对不会让你失望！

评分☆☆☆☆☆

《观念地球科学1：地质‧地景》这本书，可以说是打开了我认识地球的新视角。一直以来，我总觉得地球科学离我很遥远，而这本书却以一种非常贴近生活的方式，将那些深奥的理论变得触手可及。它不是那种一味堆砌专业术语的教科书，而是用一种讲故事的口吻，娓娓道来地球在地质和地貌方面的精彩历程。 我尤其被书中关于岩石圈和地幔运动的描述所吸引。它让我明白了，我们看到的山脉、高原、盆地，甚至是大洋，都不是凭空出现的，而是地球内部能量不断释放和物质循环的结果。书中详细解释了地壳板块的运动，以及由此产生的各种地质现象，例如火山活动的原理、地震发生的机制，这些都让我对地球的动态有了全新的认识。 让我感到非常惊奇的是，这本书居然能把如此宏大的地质过程，描绘得如此细致入微。无论是大陆漂移的证据，还是造山运动的演化，都通过精美的插图和生动的文字，变得一目了然。我仿佛置身于亿万年前的地球，亲眼见证着大陆的分离和聚合，山脉的隆起和消亡，这种感觉非常奇妙。 书里对各种地貌形态的成因解释，更是让我爱不释手。无论是风力侵蚀形成的沙漠奇观，还是水力作用塑造的峡谷河流，亦或是冰川搬运带来的奇特地貌，都让我惊叹于大自然的鬼斧神工。它不仅让我认识了这些地貌，更让我理解了它们背后的形成机制和演化过程，这是一种非常深刻的知识体验。 更让我觉得难能可贵的是，《观念地球科学1：地质‧地景》并没有止步于纯粹的科学知识传授，它还巧妙地将地质科学与人类活动联系起来。比如，如何利用地质知识来解决工程建设中的难题，如何预测和减缓自然灾害的影响，这些都让我看到了地球科学的实际应用价值，也激发了我对这个学科的更大兴趣。 总而言之，这本书是一次非常愉快的阅读体验。它用一种充满智慧和趣味的方式，将地球科学的魅力展现得淋漓尽致。无论是学生还是普通读者，都能从中获得丰富的知识和深刻的启迪。我强烈推荐给所有对脚下这片土地充满好奇的朋友们！

评分☆☆☆☆☆

《观念地球科学1：地质‧地景》这本书，绝对是我近年来读过最令人印象深刻的地学读物之一。它打破了我对传统科普书籍的刻板印象，用一种非常灵活和创新的方式，深入浅出地剖析了地球的地质构造和地貌演化。书中的内容设计非常巧妙，将复杂的科学概念用易于理解的语言和丰富的视觉元素呈现出来，让人读起来丝毫不会感到枯燥。 我最欣赏的一点是，这本书对地球内部动力学的讲解非常到位。它让我明白了，我们所见的巍峨山脉、辽阔平原，甚至深邃的海沟，都是地球内部强大能量作用下的结果。板块构造理论的阐释尤为精彩，通过清晰的图示和生动的比喻，让我能够理解大陆如何漂移，板块边缘是如何相互作用，以及这些作用如何导致地震、火山爆发等剧烈地质现象的发生。 书中对地貌形成过程的细致描绘，更是让我大开眼界。从河流侵蚀作用下的峡谷发育，到冰川搬运和堆积形成的地貌，再到风力侵蚀塑造的奇特景观，每一个过程都通过详细的解释和精美的图片，变得无比直观。我尤其喜欢关于喀斯特地貌的介绍，那些地下溶洞、钟乳石、石笋的形成过程，仿佛是一个地下世界的奇幻故事。 此外，这本书还非常注重地质知识的实际应用。它不仅讲解了如何识别不同的岩石和矿物，还探讨了地质勘探在资源开发、工程建设、环境保护等领域的重要作用。这让我觉得，学习地球科学并非仅仅是理论知识的学习，更是对我们生存环境的深刻认知和有效利用。 《观念地球科学1：地质‧地景》这本书的独特之处在于，它没有流于表面，而是深入挖掘了地质现象背后的科学原理，并用一种极其引人入胜的方式呈现出来。它不仅激发了我对地球科学的兴趣，更让我学会了用一种全新的视角去观察和理解我们身边的世界。 总而言之，这本书是一次令人难忘的阅读之旅，它用丰富的知识、生动的语言和精美的图片，为我打开了认识地球的大门。我毫不犹豫地向所有对地球科学感兴趣的朋友们推荐这本书，它一定会让你收获满满。

评分☆☆☆☆☆

这本《观念地球科学1：地质‧地景》算是我近期翻阅过的最让我眼前一亮的地学入门读物了。它没有故弄玄虚，也没有为了学术严谨而牺牲可读性。相反，它以一种非常直观、循序渐进的方式，将地球科学的宏大叙事化为一个个引人入胜的故事。书中的图例和照片简直是点睛之笔，它们不仅清晰地展示了各种地质构造和地貌特征，还充满了视觉冲击力，让抽象的概念瞬间变得具象化。 我特别对书中关于构造地质学的阐述印象深刻。从地壳的组成、岩石的分类，到断层、褶皱等形变构造的解析，每一个细节都解释得非常到位。它让我明白了，我们今天看到的平原、山脉，甚至是海底的海沟，都是地球内部复杂应力作用下的产物。书中还穿插了许多实际案例，比如某个著名山脉是如何形成的，某个大断层为何会引发地震，这些都大大增强了我的代入感，让我觉得地球科学的研究不再是冰冷的数据和理论，而是与我们现实世界紧密相连的。 另外，关于地貌演化的部分也做得非常出色。书中并没有简单地罗列各种地貌类型，而是深入剖析了塑造这些地貌的动力学过程，包括风化、侵蚀、搬运、堆积等，以及水、冰、风、生物等不同地质营力是如何协同作用的。我尤其喜欢关于河流地貌的讲解，从初生的湍急河流，到成年期的蜿蜒曲折，再到老年期的宽阔平原，每一个阶段的特征都描述得极其生动，让我仿佛亲眼看到一条河流从高山流向大海的全过程。 这本书的另一个优点是，它并没有局限于纯粹的理论知识，而是积极地引导读者思考地球科学在实际应用中的价值。比如，它会探讨地质调查在资源勘探、工程建设、灾害防治等方面的重要性，甚至会提及一些环境地质学和第四纪地质学相关的知识。这让我意识到，学习地球科学不仅能满足我的求知欲，还能为解决现实世界中的许多问题提供科学依据。 总的来说，《观念地球科学1：地质‧地景》是一本兼具学术深度和科普广度的优秀读物。它以一种非常接地气的方式，带领读者探索地球的奥秘，理解我们脚下的这片土地是如何在亿万年的时光中孕育和塑造的。这本书不仅能提升读者的地学素养，还能培养他们对自然界的敬畏之心和探索精神。强烈推荐给所有对地球科学感兴趣的朋友！