序言：能量流 1 第1章 自然災害和人口 3 1.1 2011年的自然災害 4 1.2 重大自然災害 4 1.3 自然災害的致死人數和經濟損失 5 1.3.1 自然災害中政府的作用 6 1.3.2 人類對災害的響應 6 1.3.3 自然災害造成的經濟損失 6 1.4 自然災害風險 8 1.4.1 墨西哥的波波卡特佩特火山 8 1.4.2 量級、頻率和重現期 9 1.4.3 人口增長的影響 10 1.5 人口歷史概述 10 1.5.1 指數型增長的力量 10 1.5.2 過去1萬年的人類歷史 11 1.5.3 今天的人口 12 1.6 未來世界人口 13 1.6.1 人口轉型 15 1.6.2 城市化和地震致死人數 15 1.6.3 瘟疫 16 1.6.4 承載力 16 1.7 小結 18 復習題 18 思考題 18 第2章 地球內部能量與板塊構造論 19 2.1 太陽和行星的起源 19 2.2 地球歷史 20 2.3 地球的分層 21 2.3.1 物質的行為 23 2.3.2 地殼均衡論 24 2.4 內部能量源 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 地球的年齡 28 2.5 板塊構造論 28 2.5.1 板塊構造論概念的演化 30 2.5.2 火山巖的磁化 31 2.6 大統一理論 36 2.7 怎樣了解地球 37 2.8 小結 38 復習題 38 思考題 38 第3章 地震地質學與地震學 39 3.1 理解地震 40 3.2 斷層類型 41 3.2.1 傾滑斷層 42 3.2.2 走滑斷層 43 3.2.3 轉換斷層 44 3.3 地震學的發展 45 3.4 地震波 46 3.4.1 體波 46 3.4.2 地震波與地球內部構造 47 3.4.3 面波 48 3.4.4 聲波與地震波 48 3.5 探測地震震源 49 3.6 地震的震級 50 3.6.1 里氏震級 50 3.6.2 地震震級的其他測量方法 51 3.6.3 前震、主震和余震 52 3.6.4 震級、斷層長度和地震波頻率 52 3.7 地震時的地面運動 53 3.7.1 加速度 53 3.7.2 建筑物的振動周期與地基的反應 53 3.8 地震烈度：地震中的感覺 54 3.8.1 你感覺到了嗎？ 55 3.8.2 麥加利烈度表變量 55 3.9 麥加利變量案例 55 3.10 多震國家的建筑物 57 3.10.1 剪力墻和支撐 57 3.10.2 建筑物加固 58 3.10.3 基礎隔震 59 3.11 小結 60 復習題 60 思考題 61 第4章 板塊構造學和地震 62 4.1 板塊構造邊緣和地震 62 4.2 擴張中心的地震 63 4.2.1 冰島 63 4.2.2 紅海和亞丁灣 64 4.2.3 加州灣 65 4.3 地震帶 66 4.4 俯沖帶 66 4.4.1 2011年日本3?11大地震 66 4.4.2 2004年印度尼西亞：地震引發的海嘯 67 4.4.3 1985年墨西哥城大地震 68 4.4.4 1960年智利地震 69 4.4.5 1964年阿拉斯加地震 70 4.4.6 西北太平洋 70 4.5 陸陸板塊碰撞產生的地震 72 4.5.1 中國、巴基斯坦和印度的地震 73 4.5.2 1556年中國：*致命的地震 73 4.6 阿拉伯板塊 73 4.6.1 大陸之間碰撞產生的地震 73 4.6.2 1962―2011年伊朗：致命建筑物 74 4.7 斷層地震 75 4.7.1 2010年海地地震 75 4.7.2 1999年土耳其地震 75 4.7.3 圣安德烈亞斯斷層與地震 77 4.7.4 灣區過去和未來的地震 83 4.8 小結 85 復習題 86 思考題 86 第5章 美國和加拿大的地震 87 5.1 斷層的運動方式 87 5.1.1 彈性回跳理論 87 5.1.2 新觀點 88 5.2 逆斷層地震 89 5.2.1 2011年弗吉尼亞州地震 89 5.2.2 1994年加州北嶺地震 90 5.2.3 華盛頓州西雅圖 91 5.3 正斷層地震 91 5.3.1 華盛頓州皮吉特灣地震 91 5.3.2 皮吉特灣下方的深部地震 92 5.4 新構造運動和古地震學 92 5.5 地震預測 94 5.5.1 長期地震預測 94 5.5.2 短期地震預測 94 5.5.3 預測的風險 96 5.6 人為引發的地震 96 5.6.1 深井處理引發的地震 96 5.6.2 水力壓裂技術 97 5.6.3 大壩引發地震 97 5.6.4 炸彈爆炸 97 5.7 地震烈度圖 97 5.7.1 你感覺到了嗎？ 98 5.7.2 烈度圖 98 5.8 加州地震情況 99 5.8.1 年均地震損失 100 5.8.2 地震避險演習 100 5.9 美國和加拿大的地震 100 5.10 北美西部：板塊邊緣的地震 103 5.10.1 西部大盆地 103 5.10.2 山區地震帶 105 5.10.3 里奧格蘭德裂谷 107 5.11 板塊內部地震：“穩定”的美國中部地區 108 5.11.1 1811―1812年新馬德里地震 108 5.11.2 里爾富特裂谷 110 5.11.3 美國中部的古裂谷 111 5.12 北美東北部的板內地震 112 5.12.1 新英格蘭 112 5.12.2 圣勞倫斯河流域 113 5.12.3 1886年南卡羅來納州查爾斯頓市 113 5.13 夏威夷的地震和火山活動 115 5.13.1 1975年地震 115 5.13.2 2006年地震 115 5.14 小結 116 復習題 116 思考題 116 第6章 火山噴發：構造板塊和巖漿 117 6.1 如何理解火山噴發 117 6.2 火山的板塊構造背景 117 6.3 巖漿的化學成分 120 6.4 巖漿的黏度、溫度和含水量 120 6.5 火山是怎樣噴發的 123 6.5.1 噴發方式和含水量的作用 124 6.5.2 一些火山物質 125 6.6 火山的黏度、揮發性和體積 127 6.6.1 盾狀火山：低黏度、低揮發性、大體積 128 6.6.2 溢流玄武巖：低黏度、低揮發性、大體積 129 6.6.3 火山錐：中黏度、中揮發性、小體積 130 6.6.4 成層火山：高黏度、高揮發性、大體積 130 6.6.5 熔巖穹隆：高黏度、低揮發性、小體積 133 6.6.6 火山口：高黏度、高揮發物、大體積 134 6.7 小結 139 復習題 139 思考題 140 第7章 火山歷史案例：殺人事件 141 7.1 擴張中心的火山活動 141 7.2 俯沖帶的火山活動 142 7.3 火山過程和殺人事件 150 7.3.1 火山致死人數的歷史記錄 150 7.3.2 火山碎屑噴發 151 7.3.3 海嘯 154 7.3.4 火山泥流 154 7.3.5 巖石崩塌 156 7.3.6 間接饑荒 156 7.3.7 火山氣體 157 7.3.8 熔巖流 159 7.4 一些致命噴發事件的爆發指數 159 7.5 火山監控和預警 160 7.5.1 1982年加州長谷火山 160 7.5.2 1991年菲律賓皮納圖博火山 162 7.5.3 即將噴發的征兆 162 7.5.4 火山觀測站 163 7.6 小結 163 復習題 164 思考題 164 第8章 海嘯與風浪 165 8.1 2011年3月11日日本海嘯 165 8.1.1 海嘯橫渡太平洋 166 8.1.2 地面沉降 166 8.1.3 1700年1月26日地面沉降 166 8.1.4 海浪 167 8.2 風浪 168 8.2.1 風浪為何會破碎 168 8.2.2 瘋狗浪 169 8.3 海嘯 170 8.4 海嘯與風浪 171 8.5 地震引發的海嘯 174 8.5.1 2004年印度洋海嘯 174 8.5.2 1946年4月1日阿拉斯加 175 8.5.3 1960年5月22日智利 176 8.5.4 1964年3月27日阿拉斯加 176 8.6 火山引發的海嘯 177 8.7 滑坡引發的海嘯 177 8.7.1 火山坍塌 178 8.7.2 地震引發的運動 179 8.7.3 海灣和湖泊 180 8.8 假潮 181 8.9 海嘯和你 182 8.9.1 2004年12月26日西姆爾勒島 182 8.9.2 1992年9月1日尼加拉瓜 182 8.9.3 人類加劇災難 183 8.9.4 海嘯警報 183 8.10 小結 184 復習題 184 思考題 184 第9章 外部能量、天氣和氣候 185 9.1 外部能量 185 9.2 地球接收的太陽能 186 9.3 地球出射的能量 187 9.3.1 溫室效應 187 9.3.2 反照率 188 9.4 水循環 188 9.5 水和熱量 189 9.5.1 對流 190 9.5.2 水汽和濕度 190 9.5.3 潛熱 190 9.5.4 絕熱過程 191 9.5.5 遞減率 191 9.5.6 陸地和水體的溫差加熱 192 9.6 大氣中的能量轉移 192 9.7 海洋中的能量轉移 193 9.8 低層大氣的分層 194 9.8.1 溫度 194 9.8.2 氣壓 194 9.9 風 195 9.9.1 氣壓梯度力 195 9.9.2 氣旋 196 9.10 大氣環流 196 9.10.1 低緯度地區 197 9.10.2 高緯度地區 197 9.10.3 中緯度地區 198 9.10.4 觀察到的大氣環流 200 9.11 海洋環流 201 9.11.1 表層環流 201 9.11.2 深海環流 202 9.12 小結 202 復習題 203 思考題 203 第10章 龍卷風、閃電、熱浪與寒流 204 10.1 惡劣天氣 204 10.2 暴風雪 205 10.2.1 寒冷 205 10.2.2 降雨 206 10.2.3 東北風暴 207 10.2.4 暴風雪 208 10.2.5 冰暴 208 10.2.6 大湖效應 208 10.3 雷暴的運作方式 209 10.4 氣團雷暴 210 10.5 強雷暴 211 10.5.1 超級單體雷暴 212 10.5.2 北美雷暴 213 10.5.3 暴雨和山洪 213 10.5.4 冰雹 214 10.5.5 直行雷暴 215 10.6 龍卷風 215 10.7 龍卷風的形成方式 216 10.7.1 區域尺度 216 10.7.2 超級單體雷暴尺度 216 10.7.3 渦流尺度 217 10.7.4 龍卷風的*后階段 218 10.7.5 美國和加拿大的龍卷風 218 10.8 龍卷風爆發 221 10.8.1 龍卷風和城市 223 10.8.2 龍卷風摧毀房屋的方式 223 10.9 龍卷風的應對措施 224 10.10 閃電 224 10.10.1 閃電的成因 225 10.10.2 避免雷擊 227 10.11 熱浪 227 10.11.1 1995年7月芝加哥熱浪 227 10.11.2 城市天氣 228 10.11.3 2003年和2010年歐洲熱浪 228 10.12 小結 229 復習題 230 思考題 230 第11章 颶風 231 11.1 颶風 232 11.2 颶風的成因 232 11.3 颶風的運行方式 233 11.3.1 眼壁和風眼 234 11.3.2 颶風中的龍卷風 235 11.3.3 颶風中的能流 235 11.3.4 颶風的能量釋放 235 11.4 颶風的起源 235 11.5 北大西洋颶風 237 11.5.1 佛得角型颶風 238 11.5.2 加勒比型和墨西哥灣型颶風 240 11.6 颶風預報 241 11.6.1 颶風的命名 242 11.6.2 大西洋盆地的颶風趨勢 243 11.7 颶風造成的損失 244 11.7.1 風暴潮災害 246 11.7.2 暴雨和內陸洪水 247 11.8 颶風和墨西哥灣沿岸 247 11.9 颶風和大西洋沿岸 250 11.10 疏散的困境 250 11.11 降低颶風帶來的損失 250 11.11.1 建筑規范 251 11.11.2 土地利用規劃 251 11.11.3 限制沿海開發 251 11.12 全球海平面上升 251 11.13 颶風和太平洋沿岸 252 11.14 颶風和孟加拉國 252 11.15 小結 254 復習題 254 思考題 254 第12章 氣候變化 255 12.1 早期的地球氣候 255 12.2 地球的氣候歷史：百萬年時間尺度 257 12.2.1 晚古生代冰期 258 12.2.2 晚古新世暖期 259 12.2.3 晚新生代冰期 260 12.3 冰川進退：數千年的時間尺度 260 12.4 氣候變化：數百年的時間尺度 263 12.5 短期氣候變化：數年的時間尺度 264 12.5.1 厄爾尼諾現象 264 12.5.2 拉尼娜現象 266 12.5.3 太平洋年代際振蕩 267 12.5.4 火山作用和氣候 267 12.5.5 火山氣候的影響 269 12.6 過去的幾千年 270 12.7 20世紀 271 12.8 太陽能量的變化 272 12.9 溫室氣體和懸浮微粒 273 12.9.1 水蒸氣 273 12.9.2 二氧化碳 274 12.9.3 甲烷 274 12.9.4 二氧化氮 275 12.9.5 臭氧 275 12.9.6 含氯氟烴 275 12.9.7 20世紀溫室氣體的增長 275 12.9.8 懸浮微粒 275 12.10 21世紀 275 12.10.1 *熱的年份 276 12.10.2 全球氣候模型 276 12.10.3 干旱和饑荒 277 12.10.4 冰川融化 278 12.10.5 海平面上升 280 12.10.6 海洋環流 281 12.10.7 變化信號 281 12.11 減排措施 282 12.11.1 控制大氣中的二氧化碳含量 282 12.11.2 減少地球接收到的太陽能 282 12.11.3 其他有效策略 282 12.12 小結 282 復習題 283 思考題 283 第13章 洪水 284 13.1 河流是如何起作用的 284 13.1.1 均衡的河流 285 13.1.2 洪泛區 288 13.2 洪水頻率 288 13.2.1 意大利佛羅倫薩，1333年和1966年 288 13.2.2 洪水頻率曲線 289 13.2.3 洪水的類型 290 13.2.4 突發性洪水 291 13.2.5 區域性洪水 294 13.2.6 中國的洪水 299 13.3 社會對洪災的響應 299 13.3.1 大壩、水庫和天然蓄水區 299 13.3.2 防洪堤 300 13.3.3 防洪沙袋 301 13.3.4 洪水預測 301 13.3.5 區劃和土地利用 301 13.3.6 洪水保險 302 13.4 城市化與洪水 302 13.4.1 洪水過程線 302 13.4.2 洪水頻率 303 13.4.3 河道渠道化 303 13.5 *大的洪水 305 13.6 小結 307 復習題 307 思考題 308 第14章 火災 309 14.1 火 309 14.2 什么是火 311 14.3 火不可或缺 311 14.4 燃燒三要素 312 14.5 燃燒的各個階段 313 14.6 火的傳播 314 14.6.1 可燃物 315 14.6.2 風 315 14.6.3 地形 316 14.6.4 火的行為 316 14.7 可燃物 316 14.7.1 草地 316 14.7.2 灌木 317 14.7.3 森林 318 14.8 火險天氣和大風 318 14.8.1 冷鋒風 318 14.8.2 下坡風 318 14.8.3 局地風 318 14.8.4 五大湖地區的風與火 319 14.8.5 加州的風與火 320 14.9 房屋設計和火災 323 14.10 滅火 325 14.10.1 黃石國家公園火災 326 14.10.2 加利福尼亞和下加利福尼亞 327 14.10.3 2000年的美國西南部 328 14.10.4 計劃林火 329 14.11 澳大利亞的火災 329 14.11.1 厄爾尼諾現象 330 14.11.2 提前撤離和就地避難 330 14.12 火災和洪水的相似性 330 14.13 小結 331 復習題 331 思考題 331 第15章 塊體運動 332 15.1 塊體運動中的重力作用 332 15.2 邊坡失穩的外因 335 15.3 邊坡失穩的內因 335 15.3.1 內部的軟弱物質 335 15.3.2 內因中水的作用 336 15.3.3 凝聚力降低 339 15.3.4 不良地質結構 339 15.3.5 塊體運動的觸發因素 340 15.4 塊體運動的分類 340 15.5 崩塌 341 15.6 滑坡 341 15.6.1 旋轉滑坡 341 15.6.2 平移滑坡 343 15.7 流動 345 15.7.1 加州葡萄牙灣的土流 345 15.7.2 拉肯奇塔社區的滑坡與泥石流 346 15.7.3 長程泥石流 347 15.8 雪崩 349 15.9 海底滑坡 350 15.10 減災措施 350 15.11 沉陷 352 15.11.1 災難性沉陷 352 15.11.2 緩慢沉陷 353 15.12 小結 356 復習題 356 思考題 356 第16章 海岸過程和災害 357 16.1 泥沙 357 16.2 波浪 358 16.2.1 湍流 358 16.2.2 波浪折射 359 16.2.3 沿岸漂移 360 16.3 潮汐 361 16.4 海岸控制結構 361 16.4.1 海堤 362 16.4.2 海崖加固 362 16.4.3 丁壩 363 16.4.4 防浪堤 363 16.5 小結 364 復習題 364 思考題 364 第17章 太空物體的撞擊 365 17.1 能量和碰撞 365 17.2 撞擊坑 366 17.3 宇宙碎片的來源 367 17.3.1 小行星 367 17.3.2 彗星 369 17.4 流星體的流入率 370 17.4.1 宇宙塵埃 371 17.4.2 流星 371 17.4.3 隕石 371 17.5 撞擊坑的形成過程 372 17.6 撞擊坑的形成 374 17.7 切薩皮克灣隕石坑的起源 375 17.8 白堊紀末期的撞擊 376 17.8.1 白堊紀末期撞擊的證據 376 17.8.2 白堊紀末期的撞擊地點 376 17.8.3 小行星的大小和速度 377 17.8.4 撞擊角度 377 17.8.5 白堊紀末期撞擊對生命的影響 378 17.9 20世紀和21世紀*大的事件 378 17.9.1 1908年西伯利亞通古斯事件 378 17.9.2 *大的“近期事件” 379 17.10 大撞擊的頻率 380 17.10.1 一生中遭受撞擊的風險 380 17.10.2 阻止撞擊 381 17.11 小結 382 復習題 382 思考題 382