序言 能量流 1
第1章 自然灾害和人口 3
1.1 2011年的自然灾害 4
1.2 重大自然灾害 4
1.3 自然灾害的致死人数和经济损失 5
1.3.1 自然灾害中政府的作用 6
1.3.2 人类对灾害的响应 6
1.3.3 自然灾害造成的经济损失 6
1.4 自然灾害风险 8
1.4.1 墨西哥的波波卡特佩特火山 8
1.4.2 量级、频率和重现期 9
1.4.3 人口增长的影响 10
1.5 人口历史概述 10
1.5.1 指数型增长的力量 10
1.5.2 过去1万年的人类历史 11
1.5.3 今天的人口 12
1.6 未来世界人口 13
1.6.1 人口转型 14
1.6.2 城市化和地震致死人数 14
1.6.3 瘟疫 15
1.6.4 承载力 16
1.7 小结 18
复习题 18
思考题 18
第2章 地球内部能量与板块构造论 19
2.1 太阳和行星的起源 19
2.2 地球历史 20
2.3 地球的分层 21
2.3.1 物质的行为 22
2.3.2 地壳均衡论 23
2.4 内部能量源 25
2.4.1 碰撞能量和重力能量 25
2.4.2 放射性同位素 25
2.4.3 地球的年龄 28
2.5 板块构造论 28
2.5.1 板块构造论概念的演化 29
2.5.2 火山岩的磁化 30
2.6 大统一理论 35
2.7 怎样了解地球 37
2.8 小结 37
复习题 37
思考题 38
第3章 地震地质学与地震学 39
3.1 理解地震 40
3.2 断层类型 41
3.2.1 倾滑断层 42
3.2.2 走滑断层 42
3.2.3 转换断层 44
3.3 地震学的发展 45
3.4 地震波 46
3.4.1 体波 46
3.4.2 地震波与地球内部构造 46
3.4.3 面波 46
3.4.4 声波与地震波 48
3.5 探测地震震源 48
3.6 地震的震级 49
3.6.1 里氏震级 49
3.6.2 地震震级的其他测量方法 51
3.6.3 前震、主震和余震 52
3.6.4 震级、断层长度和地震波频率 52
3.7 地震时的地面运动 52
3.7.1 加速度 52
3.7.2 建筑物的周期与地基的反应 53
3.8 地震烈度：地震中的感觉 53
3.8.1 你感觉到了吗？ 54
3.8.2 麦加利烈度表变量 54
3.9 麦加利变量案例 55
3.10 多震国家的建筑物 57
3.10.1 剪力墙和支撑 57
3.10.2 建筑物加固 58
3.10.3 基础隔震 59
3.11 小结 59
复习题 60
思考题 60
第4章 板块构造学和地震 61
4.1 板块构造边缘和地震 61
4.2 扩张中心的地震 62
4.2.1 冰岛 62
4.2.2 红海和亚丁湾 63
4.2.3 加利福尼亚湾 64
4.3 地震带 65
4.4 俯冲带 65
4.4.1 日本311大地震 65
4.4.2 2004年印度尼西亚：地震引发的海啸 66
4.4.3 1985年墨西哥城大地震 67
4.4.4 1960年智利地震 68
4.4.5 1964年阿拉斯加地震 69
4.4.6 西北太平洋 69
4.5 陆陆板块碰撞产生的地震 71
4.5.1 中国、巴基斯坦和印度的地震 72
4.5.2 1556年中国：最致命的地震 72
4.6 阿拉伯板块 72
4.6.1 大陆之间碰撞产生的地震 72
4.6.2 1962—2011年伊朗：致命建筑物 73
4.7 断层地震 73
4.7.1 2010年海地地震 74
4.7.2 1999年土耳其地震 74
4.7.3 圣安德烈亚斯构造断层与地震 76
4.7.4 湾区过去和未来的地震 82
4.8 小结 84
复习题 85
思考题 85
第5章 美国和加拿大的地震 86
5.1 断层的运动方式 86
5.1.1 弹性回跳理论 86
5.1.2 新观点 87
5.2 逆断层地震 88
5.2.1 2011年弗吉尼亚州地震 88
5.2.2 1994年加州北岭地震 89
5.2.3 华盛顿州西雅图 89
5.3 正断层地震 90
5.3.1 华盛顿州皮吉特湾地震 90
5.3.2 皮吉特湾下方的深部地震 90
5.4 新构造运动和古地震学 91
5.5 地震预测 92
5.5.1 长期地震预测 92
5.5.2 短期地震预测 93
5.5.3 预测的风险 94
5.6 人为引发的地震 95
5.6.1 深井处理引发的地震 95
5.6.2 水力压裂技术 95
5.6.3 大坝引发地震 95
5.6.4 炸弹爆炸 96
5.7 地震烈度图 96
5.7.1 你感觉到了吗？ 96
5.7.2 烈度图 96
5.8 加州地震情况 97
5.8.1 年均地震损失 98
5.8.2 地震避险演习 98
5.9 美国和加拿大的地震 98
5.10 北美西部：板块边缘的地震 101
5.10.1 西部大盆地 101
5.10.2 山区地震带 103
5.10.3 里奥格兰德裂谷 104
5.11 板块内部地震：“稳定”的美国中部地区 105
5.11.1 1811—1812年新马德里地震 105
5.11.2 里尔富特裂谷 108
5.11.3 美国中部的古裂谷 109
5.12 北美东北部的板内地震 110
5.12.1 新英格兰 110
5.12.2 圣劳伦斯河流域 110
5.12.3 1886年南卡罗来纳州查尔斯顿市 111
5.13 夏威夷的地震和火山活动 112
5.13.1 1975年地震 113
5.13.2 2006年地震 113
5.14 小结 113
复习题 114
思考题 114
第6章 火山喷发：构造板块和岩浆 115
6.1 如何理解火山爆发 115
6.2 火山的板块构造背景 115
6.3 岩浆的化学成分 118
6.4 岩浆的黏度、温度和含水量 118
6.5 火山是怎样爆发的 121
6.5.1 喷发方式和含水量的作用 122
6.5.2 一些火山物质 122
6.6 火山的黏度、挥发性和体积 125
6.6.1 盾状火山：低黏度、低挥发性、大体积 126
6.6.2 溢流玄武岩：低黏度、低挥发性、大体积 127
6.6.3 火山锥：中黏度、中挥发性、小体积 128
6.6.4 成层火山：高黏度、高挥发性、大体积 128
6.6.5 熔岩穹隆：高黏度、低挥发性、小体积 130
6.6.6 火山口：高黏度、高挥发物、大体积 131
6.7 小结 137
复习题 138
思考题 138
第7章 火山历史案例：杀人事件 139
7.1 扩张中心处的火山活动 139
7.2 俯冲带处的火山活动 140
7.3 火山过程和杀人事件 147
7.3.1 火山致死人数的历史记录 147
7.3.2 火山碎屑喷发 147
7.3.3 海啸 152
7.3.4 火山泥流 152
7.3.5 岩石崩塌 154
7.3.6 间接饥荒 154
7.3.7 火山气体 155
7.3.8 熔岩流 157
7.4 一些致命喷发事件的喷发指数 158
7.5 火山监控和预警 158
7.5.1 1982年加利福尼亚州长谷火山 158
7.5.2 1991年菲律宾皮纳图博火山 160
7.5.3 即将喷发的征兆 160
7.5.4 火山观测站 161
7.6 小结 161
复习题 162
思考题 162
第8章 海啸与风浪 163
8.1 2011年3月11日日本海啸 163
8.1.1 海啸横渡太平洋 164
8.1.2 地面沉降 164
8.1.3 1700年1月26日地面沉降 164
8.1.4 海浪 165
8.2 风浪 165
8.2.1 风浪为何会破碎 166
8.2.2 疯狗浪 166
8.3 海啸 168
8.4 海啸与风浪 169
8.5 地震引发的海啸 172
8.5.1 2004年印度洋海啸 172
8.5.2 1946年4月1日阿拉斯加 173
8.5.3 1960年5月22日智利 174
8.5.4 1964年3月27日阿拉斯加 175
8.6 火山引发的海啸 175
8.7 滑坡引发的海啸 176
8.7.1 火山坍塌 176
8.7.2 地震引发的运动 177
8.7.3 海湾和湖泊 179
8.8 假潮 179
8.9 海啸和你 180
8.9.1 2004年12月26日西姆尔勒岛 180
8.9.2 1992年9月1日尼加拉瓜 181
8.9.3 人类加剧灾难 181
8.9.4 海啸警报 181
8.10 小结 182
复习题 182
思考题 182
第9章 外部能量、天气和气候 183
9.1 外部能量 183
9.2 地球接收的太阳能 184
9.3 地球出射的能量 185
9.3.1 温室效应 185
9.3.2 反照率 185
9.4 水循环 186
9.5 水和热量 187
9.5.1 对流 188
9.5.2 水汽和湿度 188
9.5.3 潜热 188
9.5.4 绝热过程 189
9.5.5 递减率 189
9.5.6 陆地和水体的差温加热 190
9.6 大气中的能量转移 190
9.7 海洋中的能量转移 191
9.8 低层大气的分层 192
9.8.1 温度 192
9.8.2 气压 192
9.9 风 193
9.9.1 气压梯度力 193
9.9.2 气旋 194
9.10 大气环流 194
9.10.1 低纬度地区 195
9.10.2 高纬度地区 196
9.10.3 中纬度地区 196
9.10.4 观察到的大气环流 198
9.11 海洋环流 199
9.11.1 表层环流 199
9.11.2 深海环流 200
9.12 小结 200
复习题 201
思考题 201
第10章 龙卷风、闪电、热浪与寒流 202
10.1 恶劣天气 202
10.2 暴风雪 203
10.2.1 寒冷 203
10.2.2 降雨 203
10.2.3 东北风暴 205
10.2.4 暴风雪 205
10.2.5 冰暴 206
10.2.6 大湖效应 206
10.3 雷暴的运作方式 207
10.4 气团雷暴 207
10.5 强雷暴 208
10.5.1 超级单体雷暴 209
10.5.2 北美雷暴 210
10.5.3 暴雨和山洪 211
10.5.4 冰雹 211
10.5.5 直行雷暴 212
10.6 龙卷风 213
10.7 龙卷风的形成方式 213
10.7.1 区域尺度 213
10.7.2 超级单体雷暴尺度 214
10.7.3 涡流尺度 215
10.7.4 龙卷风的最后阶段 216
10.7.5 美国和加拿大的龙卷风 216
10.8 龙卷风爆发 219
10.8.1 龙卷风和城市 220
10.8.2 龙卷风摧毁房屋的方式 221
10.9 龙卷风的应对措施 221
10.10 闪电 222
10.10.1 闪电的成因 223
10.10.2 避免雷击 224
10.11 热浪 224
10.11.1 1995年7月芝加哥热浪 224
10.11.2 城市天气 225
10.11.3 2003年和2010年欧洲热浪 226
10.12 小结 226
复习题 227
思考题 227
第11章 飓风 228
11.1 飓风 229
11.2 飓风的成因 229
11.3 飓风的运行方式 230
11.3.1 眼壁和风眼 231
11.3.2 飓风中的龙卷风 232
11.3.3 飓风中的能流 232
11.3.4 飓风的能量释放 232
11.4 飓风的起源 232
11.5 北大西洋飓风 234
11.5.1 佛得角型飓风 235
11.5.2 加勒比型和墨西哥湾型飓风 237
11.6 飓风预报 238
11.6.1 飓风的命名 239
11.6.2 大西洋盆地的飓风趋势 240
11.7 飓风造成的损失 241
11.7.1 风暴潮灾害 242
11.7.2 暴雨和内陆洪水 243
11.8 飓风和墨西哥湾沿岸 244
11.9 飓风和大西洋沿岸 247
11.10 疏散的困境 247
11.11 降低飓风带来的损失 248
11.11.1 建筑规范 248
11.11.2 土地利用规划 248
11.11.3 限制沿海开发 249
11.12 全球海平面上升 249
11.13 飓风和太平洋沿岸 249
11.14 飓风和孟加拉国 250
11.15 小结 251
复习题 251
思考题 252
第12章 气候变化 253
12.1 早期的地球气候 253
12.2 地球的气候历史：百万年时间尺度 254
12.2.1 晚古生代冰期 256
12.2.2 晚古新世暖期 256
12.2.3 晚新生代冰期 258
12.3 冰川进退：数千年的时间尺度 258
12.4 气候变化：数百年的时间尺度 261
12.5 短期气候变化：数年的时间尺度 262
12.5.1 厄尔尼诺现象 262
12.5.2 拉尼娜现象 264
12.5.3 太平洋年代际振荡 264
12.5.4 火山作用和气候 265
12.5.5 火山气候的影响 268
12.6 过去的几千年 268
12.7 20世纪 269
12.8 太阳能量的变化 270
12.9 温室气体和悬浮微粒 271
12.9.1 水蒸气 272
12.9.2 二氧化碳 272
12.9.3 甲烷 272
12.9.4 二氧化氮 273
12.9.5 臭氧 273
12.9.6 含氯氟烃 273
12.9.7 20世纪温室气体的增长 273
12.9.8 悬浮微粒 273
12.10 21世纪 273
12.10.1 最热的年份 273
12.10.2 全球气候模型 274
12.10.3 干旱和饥荒 274
12.10.4 冰川融化 276
12.10.5 海平面上升 278
12.10.6 海洋环流 279
12.10.7 变化信号 279
12.11 减排措施 280
12.11.1 控制大气中的二氧化碳含量 280
12.11.2 减少地球接收到的太阳能 280
12.11.3 其他有效策略 280
12.12 小结 280
复习题 281
思考题 281
第13章 洪水 282
13.1 河流是如何起作用的 282
13.1.1 均衡的河流 283
13.1.2 洪泛区 286
13.2 洪水频率 286
13.2.1 意大利佛罗伦萨，1333年和1966年 286
13.2.2 洪水频率曲线 286
13.2.3 洪水的类型 287
13.2.4 突发性洪水 289
13.2.5 区域性洪水 292
13.2.6 中国的洪水 297
13.3 社会对洪灾的响应 298
13.3.1 大坝、水库和天然蓄水区 298
13.3.2 防洪堤 298
13.3.3 防洪沙袋 299
13.3.4 洪水预测 300
13.3.5 区划和土地利用 300
13.3.6 洪水保险 300
13.4 城市化与洪水 300
13.4.1 洪水过程线 300
13.4.2 洪水频率 301
13.4.3 河道渠道化 301
13.5 最大的洪水 304
13.6 小结 305
复习题 306
思考题 306
第14章 火灾 307
14.1 火 307
14.2 什么是火 308
14.3 火不可或缺 309
14.4 燃烧三要素 309
14.5 燃烧的各个阶段 311
14.6 火的传播 312
14.6.1 可燃物 312
14.6.2 风 312
14.6.3 地形 312
14.6.4 火的行为 313
14.7 可燃物 314
14.7.1 草地 314
14.7.2 灌木 314
14.7.3 森林 315
14.8 火险天气和大风 315
14.8.1 冷锋风 316
14.8.2 下坡风 316
14.8.3 局地风 316
14.8.4 五大湖地区的风与火 317
14.8.5 加利福尼亚州的风与火 317
14.9 房屋设计和火灾 320
14.10 灭火 323
14.10.1 黄石国家公园火灾 323
14.10.2 加利福尼亚和下加利福尼亚 325
14.10.3 2000年的美国西南部 326
14.10.4 计划林火 326
14.11 澳大利亚的火灾 327
14.11.1 厄尔尼诺现象 327
14.11.2 提前撤离和就地避难 328
14.12 火灾和洪水的相似性 328
14.13 小结 328
复习题 329
思考题 329
第15章 块体运动 330
15.1 块体运动中的重力作用 330
15.2 边坡失稳的外因 333
15.3 边坡失稳的内因 333
15.3.1 内部的软弱物质 333
15.3.2 内因中水的作用 334
15.3.3 凝聚力降低 337
15.3.4 不良地质结构 337
15.3.5 块体运动的触发因素 338
15.4 块体运动的分类 338
15.5 崩塌 339
15.6 滑坡 340
15.6.1 旋转滑坡 340
15.6.2 平移滑坡 341
15.7 流动 343
15.7.1 加利福尼亚州葡萄牙湾的土流 343
15.7.2 拉肯奇塔社区的滑坡与泥石流 344
15.7.3 长程泥石流 345
15.8 雪崩 347
15.9 海底滑坡 349
15.10 减灾措施 349
15.11 沉陷 350
15.11.1 灾难性沉陷 350
15.11.2 缓慢沉陷 351
15.12 小结 354
复习题 354
思考题 354
第16章 海岸过程和灾害 355
16.1 泥沙 355
16.2 波浪 356
16.2.1 湍流 356
16.2.2 波浪折射 357
16.2.3 沿岸漂移 358
16.3 潮汐 359
16.4 海岸控制结构 359
16.4.1 海堤 360
16.4.2 海崖加固 360
16.4.3 丁坝 360
16.4.4 防浪堤 361
16.5 小结 362
复习题 362
思考题 362
第17章 太空物体的撞击 363
17.1 能量和碰撞 363
17.2 撞击坑 364
17.3 宇宙碎片的来源 365
17.3.1 小行星 365
17.3.2 彗星 367
17.4 流星体的流入率 368
17.4.1 宇宙尘埃 370
17.4.2 流星 370
17.4.3 陨石 370
17.5 撞击坑的形成过程 371
17.6 撞击坑的形成 373
17.7 切萨皮克湾陨石坑的起源 374
17.8 白垩纪末期的撞击 375
17.8.1 白垩纪末期撞击的证据 375
17.8.2 白垩纪末期的撞击地点 375
17.8.3 小行星的大小和速度 376
17.8.4 撞击角度 376
17.8.5 白垩纪末期撞击对生命的影响 376
17.9 20世纪和21世纪最大的事件 377
17.9.1 1908年西伯利亚通古斯事件 377
17.9.2 最大的“近期事件” 378
17.10 大撞击的频率 378
17.10.1 一生中遭受撞击的风险 379
17.10.2 阻止撞击 380
17.11 小结 380
复习题 381
思考题 381