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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