好书推荐|10000个科学难题•地球科学卷

图书简介

    《10000个科学难题·地球科学卷》是《10000个科学难题》系列丛书的地球科学卷，是由我国工作在地球科学研究与教学第一线的地球科学专家以及一些海外学者撰写的。本着“研究生愿选题，大学生能通读，高中生感兴趣”的原则，《10000个科学难题·地球科学卷》着重介绍地球科学领域科学难题的来龙去脉，阐述这些难题的最新的研究进展，指出这些难题的难点所在及解决这些难题的可能途径。“难题”涉及的内容基本上覆盖了地球科学的主要领域，在一定程度上反映了这些领域国内外的前沿研究水平。“难题”的撰写在保证科学上严谨性的同时，力图深入浅出、图文并茂，以增加趣味性和可读性。
《10000个科学难题·地球科学卷》按地球科学研究领域编排，包括地理科学、地质学、地球化学、地球物理、大气科学、海洋科学。《10000个科学难题·地球科学卷》可供地球科学及相关学科的大学本科生、研究生和专业研究人员与教师参考，也可供对地球科学感兴趣的高中学生和业余爱好者阅读。

图书目录

《10000个科学难题》序

前言
地理科学
长江与黄河河谷是怎样形成？ 潘保田 高红山 师长兴
河流河床物质组成沿流程变细过程中为什么存在突变现象？许炯心
如何对于冲积河流河床形态方程进行封闭求解？许炯心
冲积河流为什么会变得弯曲？许炯心
下垫面性质变化对局地气候影响的定量解释 顾卫
灰霾天气的形成与演化 吴兑
分布式水文模型 洪阳 陈永勤 王加虎
缺资料流域的水文预报 刘苏峡 夏军
土壤脱硅富铝化的热、动力学条件是什么？ 张甘霖 沈仁芳 黄景
种域大小地理梯度的Rapoport法则 沈泽昊
SLOSS-自然保育问题中的“独大与数小”争论 康慕谊 朱源
森林-草原过渡带的生态机理 康慕谊 刘鸿雁 朱源
高山林线的形成机理 罗天祥 康慕谊 张林
森林植被分布的异常格局 罗天祥 张林
为什么不同地区生物群会有如此大的差异？ 李宜垠
中国不同植被类型主要植物种类相对花粉产量和花粉源范围 许清海 李月丛
树轮气候重建中低频信号的提取 勾晓华 刘禹
中全新世晚期中国森林植被衰退的原因——气候变化或人类活动？ 赵艳 陈发虎
农业起源之谜 安成邦 董广辉 陈发虎
史前大洪水之谜 安成邦 董广辉
我国内陆干旱区末次冰期间冰段“大湖期” 陈发虎 范育新
亚洲内陆干旱区降水变化的“西风模式” 陈发虎 张家武 赵艳 安成邦 陈建徽
中世纪暖期和小冰期是全球性的还是区域性的气候异常？ 陈发虎 陈建徽 杨保
地理环境演变过程中的尺度效应和尺度转换问题 陈振楼 王军
环境基准及其赋值问题 周启星
多种污染物的交互作用 刘文新 陶澍
如何定量区分环境污染与其他因素对人体健康的危害 刘文新 陶澍
复杂环境体系中化学污染物的锁定和老化现象及其机理 孙红文
新型污染物的环境污染和环境行为 祝凌燕
水环境中纳米颗粒物的环境行为 陈振楼 杨毅
水体富营养化发生机理 陈振楼 王东启
超积累植物积累机理及其成因 魏树和 刘家女
自然固氮和脱氮机制 陈振楼 王东启
为什么难以确定可更新资源开发利用的临界值？ 周涛
为什么难以制定自然资源开发最优方案？ 周涛
灾害链传递机理 赵晗萍
自然灾害的风险与损失评估 李宁
自然灾害周期性 张继权
人地关系地域系统及其在地球表层系统中的地位 陆大道
社会经济空间结构的“点-轴系统”形成机制 陆大道
如何理解社会经济的空间结构及形成的影响因素 陆大道
地域功能生成原理及其主要影响因素.樊杰 陶岸君
全球环境变化中文化与制度因子的作用方式与机理 刘卫东 宋周莺
信息技术因子对区域空间重组的作用机理 刘卫东 宋周莺
地域文化的尺度间整合过程 周尚意
城市化过程与动力机制 方创琳 鲍超
巨型城市的形成机制与发展趋势 顾朝林
城市蔓延的机理与规律 顾朝林
半城市化地区的形成机理与识别方法 刘盛和
产业集群的形成机制与空间效应 张文忠
产业空间转移的周期性及其原理 张文忠
乡村地域类型分异与重构机制 刘彦随
新时期农业生产基地的形成与发展 刘彦随
交通网络形成与演化的人文环境效应 金凤君 王成金
区域间相互依赖性的原理与测算方法 樊杰
空间可达性内涵和测算方法 王成金 金凤君
城市最佳人口规模的确定方法和测算 周春山

地质学
地球奇想：问地问天 刘嘉麒
生命起源 袁训来
陆生植物登陆之谜 王怿
动物起源和寒武纪大爆发 朱茂炎
脊椎动物起源与早期演化 朱敏
鸟类及其羽毛和飞行的起源 周忠和
生物大灭绝之谜 沈树忠 詹仁斌
生物大灭绝后的复苏 童金南
人类的起源 高星 刘武
地球生物学与微生物地质过程 谢树成 段鸿福
大陆的形成、演化及其动力学 董云鹏 张国伟
地球上大陆的地质历史：多个大陆裂解-重组演化旋回，还是围绕古陆核向外逐渐生长？ 李锦轶
超大陆的形成、解体与演化 陆松年
大陆岩石圈的多层拆离构造作用 颜丹平
地幔柱构造及其验证 张招崇
板内构造过程 林伟
盆山耦合 舒良树
克拉通内盆地的成因 孟庆任
特提斯的魅力——起源、演化和资源环境效应 陈智梁
超高压变质作用 张立飞
神秘的古亚洲洋 肖文交 张继恩 韩春明
活动构造 张培震
中国大陆强震与活动地块 张培震
世界的石油天然气还能用多久？ 周总瑛 何治亮
超量煤层气的赋存状态与产出过程 侯泉林
如何把煤矿“暴戾杀手”变为宝贵的清洁能源 叶欣 何治亮
重要的战略替代能源——非常规油气资源 包书景 何治亮
无机作用对油气的贡献 刘池洋 邱欣卫
天然气藏中剧毒的H₂S的形成与安全利用 刘全有 何治亮
中国陆相盆地油气资源丰富的根本原因 邱欣卫 刘池洋
中国海相盆地油气勘探难度大的症结 王建强 刘池洋
超大铀矿铀源之争与地球铀不均一性 李子颖 张金带
矿产资源的偏富极 刘池洋 邱欣卫
适于地球巨型复杂系统的研究方法 刘池洋 张东东
滑坡灾害及其预报 黄润秋
泥石流的起动机理和阻力规律 余斌 唐川
地下工程或地下开采的地质灾害超前预报 李天斌
高放射性核废物的最终安全处置 王驹
水库诱发地震的机理及预测 马文涛
地面沉降 薛禹群
千古之谜——1908通古斯大爆炸 侯泉林

地球化学
深俯冲大陆地壳是如何折返的？ 李曙光
大陆地壳形成过程中的铌（Nb）-钽（Ta）之谜 肖益林
地球上最古老的岩石是什么时候形成的？ 吴福元
为什么在太阳系中只有地球才有花岗岩？ 吴福元
稳定的大陆克拉通为什么会被破坏？ 吴福元
雪球地球假说 郑永飞 储雪蕾
全地幔对流与上下地幔化学分层 孙卫东 黄金水
下地幔密度陷阱 孙卫东 黄金水
地幔柱是否存在？ 徐义刚
可以通过计算模拟来预测地球内部物质及其物性吗？ 段振豪 刘耘 陆献彩 张志刚 张驰 崔航
地球铅同位素之谜 李献华
地幔组成的不均一性及其成因 李曙光
地核是怎样形成的？ 李洁
地核中的轻元素之谜 李洁
地核的温度究竟有多高？ 段振豪 崔航 张志刚
太阳系中最古老的物体是如何形成的？ 徐伟彪
地球-月球系统的撞击成因假说 林杨挺
灭绝核素的分布和起源 林杨挺
太阳系的氧同位素异常 林杨挺
太阳系中还有其他生命的世界吗？ 李一良
地球大气何时氧化？ 蒋少涌 赵葵东 储雪蕾
地质历史时期大规模海洋有机质堆积事件发生的原因 彭平安
元古宙的海洋化学——硫化海洋 储雪蕾
大规模火山喷发是生物灭绝的元凶？ 徐义刚 沈树忠
地球存在一个深部生物圈吗？ 李一良
地球上生命从什么时候开始的？ 李一良
地球生态系统的终结：我们还有多长时间？ 李一良
早期地球上有机质的非生物合成及其演化 周怀阳 季福武
海底冷泉及其生态系统 冯东 陈忠 陈多福
青藏高原隆升能引起全球气候变化吗？ 吴福元 郭正堂
从中国黄土保存的核素¹⁰Be和磁化率的记录重演过去环境变化 周卫健
白云岩成因与碳酸盐矿物氧同位素分馏 郑永飞 蒋少涌
为什么非传统稳定同位素在高温下可以分馏？ 滕方振
非质量同位素效应产生的机理 蒋少涌 赵葵东
持久性有机污染物的“全球蒸馏效应”如何验证？ 王继忠 曾永平
毒性物质一定致命吗？ 曾永平 倪宏刚
天然气水合物：地史时期地质灾变事件的无形杀手？ 王钦贤 李一良 陈多福
是地球上早期生命导致前寒武纪硅铁建造的形成吗？ 李一良
微生物在矿物形成过程中的作用 周怀阳 彭晓彤
天然气水合物形成与开发利用 吴能友 郭光军 陈多福
地球深部超临界流体 熊小林 郑永飞
地球上水的来源 夏群科 刘少辰
海洋Nd同位素与Nd元素浓度悖论 凌洪飞

地球物理
海啸 陈运泰
地震预测 陈运泰
热流佯谬 陈运泰
地震早期预警 倪四道
地下绝对应力大小的测定 许忠淮
为何只有少数大地震有直接前震？ 许忠淮
地震震源破裂的物理过程 章文波 张海明
基于物理过程的强地表运动预测 史保平 孟令媛
地幔对流与板块构造学说 黄金水 钟时杰
热点与地幔热柱假说 黄金水 傅容珊
地震层析成像 江燕 陈晓非
慢地震 彭志刚
大地测量中动力学因素的探测与分离 杨元喜
内核是超速旋转的吗？ 申文斌 宁津生
十年尺度日长变化之谜 申文斌
高分辨率厘米级全球大地水准面的确定 李建成 申文斌 晁定波
地球液核长周期振荡的研究与探测 徐建桥 孙和平
高分辨率地球重力场时变信息获取 张子占 钟敏 郑伟 许厚泽
地球内核平动振荡 雷湘鄂 徐建桥
钱德勒摆动的激发源是什么？ 闫昊明
宇宙零与演化 杨宝俊 于晟
地球介质地震波完整传播理论及有效近似 杨宝俊
深资源高精度地震探测 杨宝俊 刘财 李月
“上天容易入地难”是真的吗？ 于晟 杨宝俊 李月 刘财
地球层圈结构中流体的作用 杨宝俊 林君 李月
人类活动能诱发地震吗？ 陈颙
大陆岩石圈中放射性生热率的垂向分布 何丽娟 汪集暘
地磁场起源 朱日祥 刘青松
同震电磁信号是否存在？ 黄清华
大陆地壳及岩石圈形变机制与动力学 沈正康
水岩相互作用与地震过程的成因机制 黄辅琼
地幔转换带是含水的吗？ 黄晓葛
亚稳态橄榄石在地幔过渡带中的存在状态 宁杰远
太阳爆发的能量是如何释放的？ 陈耀
太阳风的起源 宋礼庭
太阳风湍流的形成与耗散机制 何建森
日冕加热机制 王赤 任丽文
极光之谜 宋礼庭
地球空间电流体系 徐文耀
磁层空间中的波-粒相互作用 傅绥燕
无碰撞磁场重联的触发机制及其电子动力学行为 陆全明
地球磁暴和亚暴产生机制 宗秋刚 张湘云
磁层-电离层-大气层耦合 徐寄遥 姜国英
电离层年度变化因何异常？ 万卫星 余涛
电离层E区的突发层状结构：Es层 万卫星 左小敏
大气和空间过渡区域中的奇异现象和基本物理过程 易帆
空间天气灾害 王赤 任丽文
地磁导航与生物启迪 杜爱民 潘永信

大气科学
水汽是如何进入平流层的？ 卞建春
建立什么样的立体观测网才能满足天气和气候变化监测与预报的需要？ 陈洪滨
大气中准两年周期振荡现象及其影响 魏科 陈文
地球气候系统与多圈层相互作用 丁一汇
气候变化与温室气体 丁一汇
生物气溶胶在大气冰核核化过程中的作用 杜睿
大气垂直速度的准确计算问题 高守亭
气溶胶在云降水形成中的作用与人工影响天气 郭学良
大气边界层和风能资源开发 胡非
新粒子生成 胡敏 岳玎利
平流层对对流层天气和气候的影响 胡永云
东亚季风系统 黄荣辉
极地气候变化及其影响 刘骥平
太阳活动与地球天气气候 吕达仁
集合资料同化中的模式误差估计问题 孟智勇
非均匀大气条件下辐射传输及其效应 毛节泰
城市与区域大气复合污染 邵敏
气候敏感性与反馈 孙颖
青藏高原对东亚气候变化的影响 段安民 吴国雄
地球大气的电学问题及气候效应 郄秀书
雷暴起电与闪电过程及机理 郄秀书
雷电放电的物理、化学效应 郄秀书 杨静
全球碳循环与气候变化 徐永福
气候极值 严中伟
生物气溶胶的实时检测 要茂盛
暴雨灾害天气的机理和预测研究 赵思雄 孙建华
城市化对气候变化的影响 赵宗慈
人类活动在全球气候变化中的作用 赵宗慈
自然因素在全球气候变化中的作用 赵宗慈
人为活动改变全球氮循环的气候净效应 郑循华
东亚独特气候变化的特征和成因研究 周天军
气候系统模式与气候变化的模拟和预测 周天军

海洋科学
大洋西边界环流系统三维结构理论的建立 王凡
气候年代际变化的成因及预测 吴立新 李春
海洋混合——撬起海洋运动的支点 田纪伟
热盐环流的形成及演变机理 王伟
厄尔尼诺预测能力还有多少提升空间？ 陈大可
海-气相互作用 乔方利
全新世千年尺度的气候波动 李铁刚
海岸地区是大气二氧化碳的源还是汇 陈镇东
海洋深部的空间遥感观测研究 严晓海
海洋中溶解有机碳的年龄差异 王旭晨
海洋钙化生物的不幸：海洋酸化 高坤山
生物可利用氮在海洋的储量随冰期-间冰期变化？ 高树基
为什么海床深部沉积物中有生命的存在？ 王桂芝
海洋吸收人为二氧化碳的能力会达到饱和吗？ 翟惟东 戴民汉
陆源物质的输入如何影响近岸海区的CO₂源汇格局？ 郭香会 蔡卫君
海洋微型生物碳泵 焦念志
海洋病毒——从纳米尺度上影响全球生态系统 张锐 焦念志
非嗜热古菌：海洋全球碳氮循环的新角色 张传伦
地球上最大的基因工程实验室——海洋微生物的基因转移 张锐 陈峰
深海微型生物群落的代谢途径及其环境效应 张瑶 焦念志
海洋微型生物的物种之谜？——从纯系培养到环境基因组学研究的启示 欧丹云 胡安谊 焦念志
环境友好海洋污损生物防除 柯才焕 冯丹青
深海热液生态系统 肖湘 李一良
喜马拉雅山脉隆升的过程及其气候环境后果 杨守业
“沧海桑田”与海平面变化 杨守业
深海沉积物输运与沉积机制 范代读
如何评价大型水利工程对河口及近海生态系统的影响？ 杨作升
俯冲板块的撕裂：原因与结果 李春峰 杨挺 薛梅
海洋沉积动力过程对地质记录的影响问题 高抒
令人费解的与海沟平行的地幔地震各向异性观测 陈永顺
为什么没有深度超过660公里的深源地震？ 陈永顺
什么因素控制俯冲带地震的大小？ 王克林
编后记 

书摘

10000个科学难题•地球科学卷

地理科学
长江与黄河河谷是怎样形成？
How Did the Valleys of the Yangtze and the Yellow Rivers Form？
河流是人类及众多生物赖以生存的基础，也是哺育人类历史文明的摇篮。同时， 作为陆地表层最重要的造貌营力，河流强烈地塑造着各种地表景观，其形成发育记 录着区域地貌和环境演化的过程。长江、黄河是中国的第一和第二大河，也是世界 著名的大河流，都发源于号称“世界屋脊”的青藏高原，跨越了我国三大地形阶梯 而东流入海。她们的孕育和发展，为华夏文明的形成提供了适宜的地理环境。而当今长江、黄河的水系格局是漫长地质历史时期水圈、大气圈和岩石圈相互作用的结果。她们是何时诞生的？又经历了哪些发展阶段？这些已考问了地质地貌学家一个世纪的科学难题，至今仍然没有明确的答案。另外，河流与其周围的环境要素（如植被、土壤、地下水等）构成了一个处于动态平衡条件下的开放系统，在不同的时 空尺度下，河流系统响应构造活动和气候变化的机制和过程目前也不清楚。因此，详细研究长江与黄河水系的形成过程，探讨地表各圈层相互作用机理对于认识我国宏观地貌与环境的形成与演变、青藏高原隆升过程等具有重要的科学意义，对于流域内资源开发与保护、环境治理等方面也具有现实意义。
由于长江、黄河自源头到入海口跨越了多个不同的地质构造单元，故其形成历史和演化过程极其复杂。目前，针对长江河谷地貌形成演化的争论主要集中在三峡段和金沙江大拐弯处。关于长江三峡的成因有由溯源侵蚀导致的河流袭夺、先成河、来通过对河流阶地及盆地与河口沉积地层的研究取得一些测年数据，但差别较大，短的只有十几万年，长的有 200 多万年[5.7]。金沙江在石鼓附近由原来的西北-东南流向突然以锐角转折向东北流去，这一奇特弯曲被称为“长江第一弯”，其成因至今仍然是一个悬而未解的问题。近百年来有关学者进行了较多的研究，提出了各自的看法，归纳起来主要有两种观点即河流袭夺说与非袭夺说。前者认为金沙江原来由石鼓经白汉场-九河-剑川这一南南西向纵谷，通过漾濞江注入澜沧江或红河；而金沙江下段的“W”型曲折中多个南北向河段原来都是沿断裂发育的向南流的几条河流，随着云南高原的抬升，因原出流河道被阻塞和几条支流的溯源侵蚀袭夺，最终造成金沙江下段折曲东流[8]。对于河流袭夺贯通的时间则说法不一，远可达始新世[9]，近至晚更新世晚期[10]。非袭夺说认为该区马蹄形的大拐弯完全受构造所控
制，与北北西-南南东和北北东-南南西的共轭构造有关，并非河流袭夺的结果[11]。近 20 年来，黄河水系的研究取得了显著进展。地貌学和沉积学的研究揭示黄河的形成是通过袭夺、串联内流水系进行的：更新世之前黄河中上游分布着多个相互独立、缺乏水道沟通的内陆湖泊水系；120 万年前后三门峡被贯通，李家峡以下的黄河出现并东流入海；大约 1 万年前黄河溯源侵蚀连通若尔盖古湖，现代水系格局最终定型[12，13]。其形成演化与青藏高原隆升、气候变化之间的关系也得到了较好的解释[14，15]，即晚新生代期间高原隆升决定着河流的下切幅度，而河流的沉积.侵蚀作用与冰期.间冰期气候变化密切相关。但是其间较细致的发育过程和形成时代仍存在较大的分歧，如更新世之前内流水系格局的展布缺乏详细的图景，过去众多内陆湖泊的形成、消亡的时代及其与黄河演化之间的联系尚不清楚，三门峡贯通的时代也存在不同的认识，如有的学者[16]认为黄河在 40 万年前已部分切开三门峡，完全切穿而东流入海的时间则为 15 万年前。另外，流域内局部地段的研究表明构造隆升是河流阶地形成的主要原因，而与气候变化无关[17，18]。
无论是在宽广的河谷中还是在广阔的冲积平原上，都会看到蜿蜒曲折的河流，能在很长距离上保持顺直的河道极为少见。即使是分叉河流，就单个河道而言，也常常是弯曲的。这表明，冲积河流总是倾向于向弯曲发展。弯曲系数（河道长度与河谷长度之比）大于某一数值（如1.5 ）的河道在地貌上称为曲流，或具有弯曲河型的河道。冲积河流为什么会变得弯曲？这一问题看似十分简单，深究起来，却包含着深奥的道理。对弯曲河型的形成原因，地貌学家已经进行了100余年的研究，虽然提出的假说达数十种，但至今未能得到满意的解释。隐藏在曲流成因背后的奥秘，是地貌学中悬而未决的难题之一。
在曲流形成的理论中，很多是基于“河流系统能耗率达到最小”这一假说而提出来的。河流是一个处于动态平衡状态下的开放系统，这种平衡表现为力的平衡和输沙平衡。如果河流所消耗的能量，恰好等于克服水流阻力和搬运泥沙，则其能耗率将达到最小，此时河流处于输沙平衡状态，河床既不发生侵蚀，也不发生堆积。著名自然地理学家李希霍芬早在1886年就提出，河流为了减少侵蚀做功，就“力图改变自己的比降，因而形成曲流”…。近代的研究认为，由于冲积河流具有自动调整的功能，当来自流域的泥沙量超过河流的挟沙能力时，为了达到平衡，河流倾向于通过增加河长来减小比降，从而降低挟沙能力，因而变得弯曲12，引。这一假说流传甚广。
然而，一些新的发现对于上述解释提出了挑战。学者发现，广义的“曲流”可以不依赖于河流泥沙的存在。在冰川表面上，由于阳光照射，冰川消融，常常会发育弯曲的小河，以排泄冰川融水。值得注意的是，很多这样的小河是弯曲的，具有和发育在冲积物中的曲流相似的几何形态。同时，人们观察到，大洋中的洋流通常不是沿直线前进的，而是形成近似于正弦曲线的平面形态，这与典型的冲积性曲流河床的弯曲形态极为相似。研究者发现，曲流河床的河湾跨度与两个河湾之间的过渡段的河宽之间有很好的线性关系，即前者为后者的12倍。建立这一关系时涉及了很大的样本，既包括携带泥沙的天然冲积性曲流和室内模型小河，也包括不携带泥沙的大洋洋流和冰川表面的小河，尽管所涉及河流、洋流的尺度相差达6个数量级之多，均服从这一关系。人们甚至发现，下暴雨时沿着干净玻璃窗流下的水流，也常常不会沿直线流动，而会采取类似于正弦曲线的弯曲流路。 

图书信息

• 出版社: 科学出版社; 第1版 (2010年12月1日)

• 精装: 980页

• 语种： 简体中文

• 开本: 16

• ISBN: 9787030289834, 7030289838

• 条形码: 9787030289834

• 商品尺寸:      24.8 x 17.8 x 4.4 cm

• 商品重量:      1.8 Kg

• 品牌: 科学出版社

• ASIN: B004OZ89P0

编辑：刘海猛

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