地球系统科学PDF电子书下载

目录 1

序 1

前言 1

第1章绪论 1

1.1 人类面临全球性的重大问题 2

1.1.1人口爆炸 2

1.1.2土地荒漠化 3

1.1.3资源趋于枯竭 3

1.1.4“温室效应”与全球变暖 3

1.1.5臭氧屏蔽的破坏 5

1.1.6生态环境的破坏 6

1.2地球系统科学的提出及其在中国的产生 7

1.3地球系统科学与传统地球科学 8

1.4地球系统科学基本概念 9

1.4.1地球系统科学的概念 9

1.4.2地球系统的系统、结构、层次 9

1.4.3地球系统的环境、行为、功能 13

1.4.4地球系统的状态、演化、过程 16

1.5国内外研究现状 18

1.5.1 当代地质学的发展趋势 19

1.5.2全球变化 20

1.5.3地球系统科学 21

第2章地球系统科学研究方法 23

2.1地球系统科学的研究思路 23

2.1.1研究目标与目的 23

2.1.2研究的基本思路 23

2.1.3理论基础与特点 24

2.1.4研究领域 24

2.1.5基本原则 25

2.2地球系统科学的基本框架 25

2.2.1地圈－生物圈系统动力学 25

2.2.4 日－地系统 26

2.2.3大陆系统动力学 26

2.2.2气候系统动力学和气候变化预测研究 26

2.2.5人－地系统动力学 27

2.2.6现在应起步的领域前沿 27

2.3地球系统过程 28

2.4地球系统科学的研究步骤 30

2.5地球系统科学的时间尺度 32

2.5.1几千年至几百万年（n×103～n×106a）的时间尺度 32

2.5.2几十年至几百年（n×10～n×102a）的时间尺度 34

2.5.3几千年至几百万年（n×103～n×106a）的全球变化 36

2.5.4早期地球过程 37

2.5.5几十年至几百年（n×10～n×102a）的全球变化 38

2.6.1系统方法的哲学基础 39

2.6地球系统科学的方法论 39

2.6.2还原论与整体论相结合 40

2.6.3定性描述与定量描述相结合 41

2.6.4局部描述与整体描述相结合 41

2.6.5确定性描述与不确定性描述相结合 42

2.6.6系统分析与系统综合相结合 42

2.6.7模型与原型 43

2.6.8数学模型 43

2.6.9基于计算机的模型 45

3.1地球系统的连续动态系统 46

3.1.1线性动态地球系统 46

第3章地球系统科学理论基础 46

3.1.2非线性动态地球系统 48

3.1.3轨道、暂态、定态 50

3.1.4稳定性 52

3.1.5吸引子与目的性 57

3.1.6周期运动与回归性 59

3.1.7分岔 62

3.1.8突变 66

3.1.9连续混沌 68

3.1.10过渡过程特性 71

3.2地球系统的离散动态系统 72

3.2.1离散映射与离散动力学 72

3.2.2离散混沌 75

3.2.3几种自动器网络模型 80

3.2.4遗传算法 86

3.3地球系统的随机性 92

3.3.1随机过程与随机涨落 92

3.3.2主方程和福克尔－普朗克方程 96

3.3.3随机网络模型 101

3.4地球系统的自组织 106

3.4.1 自组织与他组织 106

3.4.2两种有序原理 109

3.4.3 自组织理论 115

3.4.4自组织的几种形式 120

3.5.1简单系统与简单巨系统 123

3.5地球系统的简单巨系统 123

3.5.2熵——简单巨系统的基本概念 126

3.5.3数学模型 130

3.5.4地球系统演化的分析方法 137

3.6地球系统的复杂巨系统 144

3.6.1关于复杂性 144

3.6.2把复杂性当作复杂性处理 146

3.6.3开放的复杂巨系统 148

3.6.4从定性到定量综合集成方法 152

3.6.5综合集成研讨厅体系 153

4.1.1太阳系概况 155

第4章地球系统科学子系统与学科分支 155

4.1行星系统 155

4.1.2太阳系在宇宙中的地位 157

4.1.3行星的轨道运动 158

4.1.4行星的基本物理性质 162

4.1.5行星的结构 164

4.1.6卫星和环系的一般特征 166

44.2地核和地幔系统 167

4.2.1地震资料与内部结构 168

4.2.2地球内部的物质成分及其状态 171

4.3岩石圈系统 173

4.3.1大陆漂移、海底扩张和板块构造 175

4.3.2地质过程 178

4.3.3陨击坑和冲击变质作用 179

4.3.4地球的年龄和地质年代表 183

4.4水圈系统 185

4.4.1海洋的成分 186

4.4.2海洋温度和洋流 186

4.5大气圈系统 186

4.5.1地球大气的成分 187

4.5.2地球大气的性质和结构分层 188

4.5.3地球磁场、磁层和辐射带 192

4.6.1生物圈的组成 195

4.6生物圈系统 195

4.6.2生命的特征——DNA 196

4.6.3生命的起源、演化和生物圈的形成 198

4.6.4人类的由来 203

4.6.5生物圈系统及其平衡 203

4.6.6生物圈对地球外部圈层的作用 205

4.7各圈层相互作用的动力学效应 208

4.7.1多体系统动力效应 208

4.7.2非完整系统动力效应 214

4.7.3变质量系统动力效应 219

4.7.4碰撞动力系统效应 223

4.7.5破坏动力系统效应 231

4.7.6流体动力系统效应 237

4.7.7极端动力系统效应 245

4.7.8爆炸（发）动力系统效应 255

4.8地球系统科学学科分支 266

第5章地球系统科学的数字表达——数字地球 269

5.1 数字地球提出的背景 269

5.2数字地球的研究方法 269

5.3数字地球原型 272

5.4地球系统场理论基础 273

5.5数字地球物理模型 274

5.7数字地球数学模型 276

5.6数字地球力学模型 276

5.8数字地球信息模型 277

5.9数字地球信息获取技术与模拟 277

5.10数字地球空间信息基础设施 278

5.11数字地球技术方法 279

5.12数字中国 281

第6章地球系统科学研究示范——青藏高原大陆碰撞各圈层统一相互作用 282

研究 282

6.1青藏高原国内外研究现状概述 282

6.1.1高原隆升机制 283

6.1.2高原隆升历史 285

6.1.3讨论 286

6.2各圈层统一相互作用的物质组成与古生物演化特征 287

6.2.1 地层古生物系统及其时空演变 287

6.2.2岩浆活动特征与规律 299

6.2.3高温高压下岩石力学性质研究 309

6.3各圈层统一相互作用的大地构造特征与地质过程 315

6.3.1青藏高原大地构造特征 315

6.3.2青藏高原各圈层隆升的地质过程 322

6.4各圈层统一相互作用的现今构造应力场演化特征 326

6.4.1第四纪早期构造应力场 326

6.4.2现代构造应力场 327

6.4.3地壳形变特征 332

6.4.4动力学演化机制 333

6.5各圈层统一相互作用的地球物理场特性与深部构造 334

6.5.1青藏高原人工地震探测研究 334

6.5.2青藏高原区域重力场研究 341

6.5.3青藏高原与周边地区电性结构及其地质意义 343

6.5.4青藏高原区域磁异常研究 347

6.6各圈层统一相互作用的统一构造动力模型 353

6.6.1 中国大陆应力场及位移方向和速率约束条件 353

6.6.2印度板块对欧亚大陆的挤压作用及青藏高原受到的垂直作用 353

6.6.3滑移线场与中国大陆统一应变场 354

6.6.4青藏高原隆升的统一构造动力模型 355

6.7.1 青藏高原各圈层力学系统描述 356

6.7各圈层统一相互作用的力学描述 356

6.7.2青藏高原岩石力学系统的非稳定性问题 362

6.7.3青藏高原各圈层多体系统力学描述 364

6.7.4青藏高原各圈层塑性力学描述 369

6.7.5青藏高原地幔热柱动力学模型研究 371

6.8各圈层统一相互作用的数值模拟 376

6.8.1建立力学模型 376

6.8.2算法分析 378

6.8.3计算结果与分析 380

6.9结论 381

参考文献 383