目瞪口呆看地球

地球内部掩藏着怎样的秘密?

究竟是什么样的力量引发了地震、火山爆发和海啸?

地磁场和地球内部活动是否决定了生物进化的方向?

宇宙中还存在另一个地球吗?

地球形成于45.5亿年之前,但我们细致入微地观察地球内部仅始于短短几十年前。人类钻过的最深的井不过12千米,而地心却位于我们脚下超过6300千米的地方。我们对地球的历史有多少了解?对地球的内部性质又有多少了解?

本书用10章内容展示地球科学家的工作,带领我们踏上一场深入地心之旅,从地壳断层游览至熔融状态的地核,去了解将我们与我们居住的这颗星球联系在一起的奥秘。

编辑推荐

★为你“划重点”,每个人都能学懂:把“硬核”专业概念讲得简明易懂,重点词条单独列出,让每个人都能不再因课本上那些拗口的术语头疼,真正激发出对这门学科的兴趣。
★课本上学不到的地球知识,这些“发现”原来是被这么发现的:轻巧一本书,满满知识点。探索地理常识背后的故事,解密科学家的工作过程。关于地球,原来还有这么多你想不到的事!
★近百幅全彩插图,绘本般阅读体验:告别枯燥无趣,让趣味插图与科普文字相结合,跟着可爱“大眼儿”轻轻松松学知识,你会比你以为的更爱学习。
★世界“顶流”学者团的一堂“通识课”:四位精英学者作者均出身“诺奖得主摇篮”巴黎高等师范学院,国内知名地质专家审读译稿,保证每字每句的准确性。

作者简介

尼古拉斯·科尔蒂斯:巴黎高等师范学院教授,主攻方向为地球内部动力及与我们所生活的地表的联系。

罗曼·乔利维:巴黎高等师范学院讲师。他运用卫星探测技术和地震学方法研究地震,特别是两次地震之间的平静期,以理解地震为何发生、何时发生、如何发生。

让-亚瑟·奥利维:法国国家科学研究中心巴黎高等师范学院地质学实验室研究员,研究方向为构造板块交界形变物理学及与沉积过程、热液过程和岩浆过程的相互关系。

亚历山大·舒伯内尔:法国国家科学研究中心研究主任,巴黎高等师范学院地质学实验室助理教授。他设计了可以重建地球内部压力和温度情况的机器,研究方向为岩石力学和地震力学。

多纳西安·玛丽:画家、插画师、版画家,毕业于斯特拉斯堡高等装饰艺术学校。

精彩书评

一本简明易懂的地球科普,一份图文并茂的地球“体检报告”。从地震、火山、海啸等地理现象入手,由外向内地科普了关于这颗星球的知识,还解释了科学家如何发现了这些常识。插画风格鲜明灵动,“大眼儿”形象引导我们进行了一场真正的地心之旅。

——地质勘探高级工程师、科普作家 马志飞(第九届吴大猷科学普及著作奖佳作奖、第六届“中华宝石文学奖”科普作品奖获得者)

目录

前言

1 原子弹爆炸为研究地球打开了新篇章

测量地幔的原子弹设计师

用铀给地球定年龄

发现大陆漂移的能量之源

搭建全球标准地震台网

区分人为地震和自然地震

2 火山:能制造末日,也能孕育海洋与生命

庞贝城,火光、白昼与黑夜

残忍死神——火山灰

世界末日,火山爆发

火山也会手牵手出现

可别把岩浆和熔岩弄混了

火山活动:地球大气与海洋的主要来源

3 地震:来自地壳内部的难解之谜

断层:地震制造机

板块运动:造成地震的罪魁祸首

用地震波给地球做扫描

震级,衡量地震威力的指标

板块并非地震唯一成因

别对小级别地震掉以轻心

不是所有断层都会造成地震

还有一种地震……

我们能够预测地震吗?

4 板块构造与气候:相互影响、难解难分

对星球最初时刻的罕见记录

山脉并非坚不可摧,比如在水面前

侵蚀作用与构造活动携手共舞

人类文明已成为改变地球容貌的重要因素

5 洋底:板块活动神秘的见证者

用先进技术精确描绘洋底形态

洋底漫游:海底山丘、峡谷和裂隙

永不终结的故事:海洋的诞生与消亡

6 去太空中观察地球表面和内部吧!没必要走得那么远,我们现在有照片了!

地球不是均匀的球体,你知道对吧?现在有很多拍到这颗美丽星球的方法了

但地球一直在变化……

确认地壳持续运动,这可费了大工夫拍摄运动中的地球?不成问题!

像弹珠一样,星球尽在掌握

新技术,也是行星级别的新挑战

7 地幔:以固体状态流动的神秘力量约占地球质量的2/3的重要组成部分

测量,在实验室就行了,还不用深入地心

地球内部的“大气运动”:地幔对流地幔:运动中的核电站

年轻的地形学,仍处于上升期

8 地核:极具“吸引力”的地球心脏

扁平状的地球两极

地核:被层层包裹的小小种子

对地核的探测困难重重

地球磁场像台发电机?

总是倒转的地磁极性

我们一生中至少能经历一次地磁场变化

9 地球矿物:天然宝藏

耀眼又神秘的布氏岩

我们脚下有片海洋?

矿物:地球所特有,与生命共生

10 遥望无尽宇宙

延伸阅读

精彩书摘

第一章 原子弹爆炸为研究地球打开了新篇章

1945年7月16日5点30分,美国新墨西哥州沙漠某处的大地震颤了一下:“三位一体”核试引爆了世界上第一颗原子弹。爆炸释放出相当于5级地震的能量,掀起的巨浪把人类推进了一个新时代。有史以来第一次,人类颤动了这颗星球,同时产生了自己无所不能的幻觉。地球物理学家本是研究地球的内部构造、组成元素和原子特征的专家,但在1945年7月16日这一天,研制出原子弹的他们,对原子自身结构的认识超过了地球动力学。在接下来的几十年里,他们不断深入研究这个领域。

测量地幔的原子弹设计师

1945年7月28日,美国哈佛大学地球物理学副教授阿尔伯特·弗朗西斯·贝切(Albert Francis Birch)抵达提尼安岛。小岛位于太平洋上的北马里亚纳群岛之中。把他带上小岛的飞机载有原子弹“小男孩”的铀核。贝切不仅参与了原子弹的大部分设计,还将在“伊诺拉·盖伊”轰炸机的机舱里监督炸弹的组装。8月6日,这架轰炸机将在广岛上空投放“小男孩”。策划第二次人造地震的弗朗西斯·贝切是一位研究岩石受力的专家,曾师从诺贝尔物理学奖得主珀西·布里奇曼(Percy Bridgman)。后者经过多年试验,首次在实验室条件下获得1 GPa大小的压力(相当于我们在地下30千米处所受的压力),并据此推算地核处压力的大小。显然,操纵极端条件的能力对设计原子弹大有裨益。然而,直到“曼哈顿计划”结束,返回哈佛大学之后,贝切才陆续在1947年至1952年间发表文章指出,地球从地表到地下2 900千米深的地方(相当于地壳加地幔)主要由硅酸盐组成。硅酸盐是一类由轻元素组成的矿物,然而根据天体力学,我们可以估算出地球的质量非常大,这就需要证明地核由重元素组成。我们将在第八章提到,贝切找到了表明地核几乎完全是由铁合金组成的证据。地球有着自己独特的矿物结构。

用铀给地球定年龄

1945年,年仅23岁的化学家克莱尔·帕特森(Claire Patterson)已是质谱测定方面的专家。质谱测定是一种根据重量测算相对原子质量的方法。战争期间,他在田纳西州的橡树岭国家实验室度过了大部分时光。美军在这里从重水和铀中提取和生产原子弹所需要的钚。虽然中子轰击能让铀转化成钚,但自然状态下广泛分布且具有放射性的铀会极其缓慢地衰变成铅。而帕特森知道可以用母体元素铀和子元素铅的数量比来测定过去的时间,原理与沙漏计时类似。通过精确计量岩石里铀和铅的含量,我们就能知道岩石形成的时间,这类研究被称为同位素地质年代学。战后,帕特森开始在芝加哥大学完成有关地球定年的学位论文。论文任务比原本计划的复杂得多,主要是因为发动机使用的汽油向空气中排放了大量额外的铅,干扰了测定结果。于是,他在实验室安装了一套独立通风系统,还首次提出了“净室”的概念。如今,“净室”已经成为电子技术领域和纳米技术领域的标配和规范。1956年,也就是在“三位一体”核试11年之后,克莱尔·帕特森对“代亚布罗峡谷陨石”进行了定年。该陨石来自美国亚利桑那州的一个与地球同龄的巨型陨石坑。帕特森不仅确定了陨石的年龄,更由此确定了地球的年龄:45.5亿年!

发现大陆漂移的能量之源

1913年,英国地质学家阿瑟·霍尔姆斯(Arthur Holmes)在《地球的年龄》一书中陈述了地质年代学的基本原则。但直到1946年,他才通过比较铀同位素的相对丰度,测定出地球的年龄在45亿年左右。这不仅比帕特森为地球定年早了十年,还不用测定铅元素的含量。1944年,霍尔姆斯另一部长销不衰的作品《地质学原理》出版,影响了整整一代学子。他在书中迈出了革命性的一步,声称地球内部的放射性衰变所释放的热量会引发对流运动:深埋于地下的滚烫岩石会上升至地表,如同锅里烧的热水一样上涌,冷却的岩石则在自身重力影响下下沉。固态的岩石以肉眼无法觉察的速度不断涌动,形成岩石流,使各个大陆板块在地球上漂移,这就是我们如今所知的“板块构造”理论。然而彼时只有为数不多的人支持大陆漂移说,阿瑟·霍尔姆斯便是其中之一,因为他知道放射是地球的动力来源。战争结束之后,大陆漂移说仍然只是一个古怪而极富争议的想法,因为没有人知道它的原理。在此基础上诞生的板块构造理论,将经过两个阶段创立起来。

另一方面,二战时盟军强迫商船在航行时测量海洋水深,测量数据统一集中至纽约哥伦比亚大学。年轻的地质学家玛丽·撒普(Mary Tharpe)和准备博士论文的布鲁斯·希曾(Bruce Heezen)利用这些数据绘制了一幅海床图。几年间,人们发现北大西洋中部绵延着一条前所未见的火山链。我们将在第二章拜访此地。宏伟壮观的火山链位于水下5 000至6 000米深的深海平原,最高可达深海平原以上3 000米,从冰岛南部一直延伸到葡萄牙附近的亚速尔群岛,甚至可能更远……随后,中大西洋、南大西洋、太平洋和印度洋的海床地图接连发布:这条十年前还无人知晓的火山链其实环绕了地球一周。1948年,身为海洋学家、地球物理学家和地震学家的莫里斯·尤因(Maurice Ewing)推测,正是这条褶皱上的火山活动造就了这些大洋。因洋底火山活动而不断生成的海床推动了大陆的漂移,海洋扩张理论由此诞生。

前言/序言

顶尖的科学家将带领我们完成一次名副其实的地心之旅,我们将借此机会重新发现地球。在纷繁的证据与假说中,我们既能领略地球有形可感的一面,也能了解它抽象的一面。得益于“二战”期间资源的倾斜,地球物理学获得了迅猛的发展。等到研究框架搭建起来之后,研究地球的专家首先向我们阐释地球为何会大发雷霆。从各类火山活动,尚无法准确预测的地震,到板块构造活动,我们将逐步理解“万物皆动,才能不动”。中途,我们将稍稍休息,从空中眺望地球,地球的第一张照片诞生至今已超过50 年。接着,我们将尽可能地潜入地球深处,依次了解地幔、地核以及组成地球的各种天然矿物或地外矿物。这部关于地球的史诗将在我们对无尽宇宙的遥望中结束,地球重新回到它在系统中的位置,我们也应重新审视人类自身的处境,因为我们是地球人这一点,至少暂时不会改变。

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书名:目瞪口呆看地球
作者:[法] 尼古拉斯·科尔蒂斯,[法] 罗曼·乔利维,[法] 让-亚瑟·奥利维,[法] 亚历山大·舒伯内尔
译者:[法] 多纳西安·玛丽 绘,西希
出版社:天津科学技术出版社
ISBN:9787557697174
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