[正版书籍]极地深海地球科学(全3册)全球40年 伊利诺伊中央学院教授强强联合 带你来到妙趣横生的地球科学课堂

全球畅销40年，荣获“麦格菲奖”。

内容全部出自名校杰出教授的课堂，趣味地球科学问题引入 细致前沿解答，指引好奇心，在探究中构建通识思维。

北京大学地球与空间科学学院教授季建清、北京大学科学传播中心教授刘华杰、中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学教授苟利军，青年古生物学者、知名科普作家邢立达，国内权威自然科普作家、科学教育专家陈睿联袂推荐！

湛庐文化出品。

这是一本由浅入深、构建地球科学完整知识体系的通识读物，在这个阅读碎片化通行的当下，尤显珍贵。

季建清

北京大学地球与空间科学学院教授

本书含有趣的提问和符合现代研究进展的回答，“学伤”了的读者完全不需要担心。这套“妙趣横生的名校通识课”覆盖“天、地、生”，让你在快乐阅读的同时能收获满满。

刘华杰

北京大学科学传播中心教授

“妙趣横生的名校通识课”是一套由培生出版的经典读物，涵盖生物学、宇宙学和地球科学等多个领域。这套书的内容源自名校的优秀教授妙趣横生的课堂，通过问题引导和科学解答的方式，结合zui新的科学发现和案例，帮助读者在探索中提升科学素养，激发对知识的兴趣。这是一套既有趣又充满智慧的通识读物，值得每一位爱好科学的读者细细品读。

苟利军

中国科学院国家天文台研究员

中国科学院大学教授

我常去给各种读者讲恐龙的故事，恐龙是我与他们之间沟通的桥梁。在我看来，这套“妙趣横生的名校通识课”中的一个个问题，也是一座座桥梁，连接起了读者的好奇心与自然世界。不仅如此，这套书还给大家展示了如何寻求问题答案的过程，这对于我们的思维方式养成至关重要。科学的精神包括好奇心、探索力、想象力，这套书能带你领略科学之美。

邢立达

青年古生物学者

知名科普作家

“妙趣横生的名校通识课”这套书的内容都取自世界名校杰出教授的课堂，涉及生物学、宇宙学和地球科学等多个领域，这些内容综合在一起，可以帮助读者更全/面、更整体地理解世界。鉴于我独特的成长经历，我对动物，尤其是昆虫有着特别的情感。昆虫是这个地球上当之无愧的王/者，具有人类所不及的能力和高超生存智慧。同时我也知道，自然科学知识是现在很多人知识体系中缺失的一部分，而这套书提供了一个起点，可以让读者通过探究书中的问题和答案，填补知识空缺，了解自己周边的自然世界，汲取自然的“大智慧”。

陈睿

国内权威自然科普作家

科学教育专家

《极地深海地球科学1》

赞誉

引言 人类赖以生存的地球是一个复杂系统

地球科学，跨时空的旅行

地球科学，跨学科的学习

地球科学，跨圈层的联系

地球科学，跨系统的思考

01 矿物世界究竟什么样？

Q1 为什么治疗龋齿要用到钻石？

Q2 真金为什么不怕火炼？

Q3 矿物源自哪种“吸引力”？

Q4 为什么通过颜色来鉴定矿物并不完全可靠？

Q5 地壳中最常见的元素是什么？

02 岩石如何成为地球的固体原料？

Q1 岩石是如何相互转化的？

Q2 岩浆如何产生五花八门的石头？

Q3 人行道为什么会出现裂缝？

Q4 岩石是如何“自己给自己搬家的”？

Q5 岩石“变老了”还是同一块岩石吗？

03 板块构造如何重塑地貌？

Q1 为什么不会游泳的恐龙也能越过海洋？

Q2 海底新发现如何推动板块理论的发展？

Q3 海洋的扩张速度是多少？

Q4 为什么地球的表面积始终不变？

Q5 太平洋板块为什么越来越小？

Q6 最古老的沉积物的年龄是多少？

Q7 板块运动的力量源泉是什么？

04 地球内部不平静的力量是什么？

Q1 破坏力大的地震是如何产生的？

Q2 地球上有哪些重要的地震带？

Q3 人体为什么感受不到震级？

Q4 什么样的建筑最容易在地震中倒塌？

Q5 我们如何通过地震波“看到”地球内部？

Q6 岩石为什么会像铅笔一样被折断？

Q7 为什么说喜马拉雅山脉是“年轻的山脉”？

Q8 海洋生物化石为什么在山脉顶部？

第二部分 火山和地震，地球内部的毁灭之力

05 火山运动如何影响生态环境？

Q1 为什么有些火山的喷发是爆发性的，有些相对安静？

Q2 火山为什么呈现锥形？

Q3 火山为何既是“天使”也是“魔鬼”？

Q4 岩浆如何孕育而成？

Q5 世界上最活跃的火山在哪里？

《极地深海地球科学2》

第一部分 风与水，大自然的“雕塑家”

01 水如何“雕刻”地球？

Q1 为什么我们身边会发生滑坡？

Q2 水如何在地球上的每个角落中循环？

Q3 地表水如何发展为河流？

Q4 为什么在河道中游泳要小心？

Q5 河流如何塑造地貌？

Q6 瀑布是如何形成的？

Q7 深邃峡谷是如何形成的？

Q8 三角洲是如何形成的？

Q9 为什么说洪水不是“天生爱作恶”？

Q10 一个人每天会用多少地下水？

Q11 井究竟需要打多深？

Q12 地下水被污染的后果是什么？

Q13 滴水穿石到底是什么原理？

02 冰川如何“雕刻”地球？

Q1 冰川是如何形成的？

Q2 冰川如何成为“长跑选手”？

Q3 为什么说冰川是“峡湾之母”？

Q4 从冰川产生的沉积物有什么作用？

Q5 南极洲的冰盖到底有多厚？

Q6 冰河时代还会来吗？

Q7 地球上的干旱地区面积有多大？

Q8 为什么干旱之地也有草原？

Q9 风改变了哪些地貌？

第二部分 岩层和化石，记录地球历史的“书页”和“文字”

03 我们如何记录地质历史？

Q1 现代地质学是如何诞生的？

Q2 我们如何确定岩石的形成时间？

Q3 化石揭示了哪些生命的秘密？

Q4 地球的地质年代表如何建立？

Q5 放射性定年法为什么如此精确？

Q6 为什么说野外岩石的观测很重要？

Q7 为什么前寒武纪时代缺乏细节的记录？

第三部分 潮涨潮落，永不停歇的海洋

04 海洋为什么是最后的处女地？

Q1 海洋究竟有多深？

Q2 海水会越来越咸吗？

Q3 海水都是越深越冷吗？

Q4 我们怎样才能看到海底的真实面貌？

Q5 从海岸线向深海走，景色一样吗？

Q6 在最深的海沟底部有什么？

Q7 为什么海底能出产地球60%的岩浆？

Q8 海洋能告诉我们哪些气候秘密？

05 海水为什么会永不停息地运动？

Q1 风与海水运动有什么关系？

Q2 在深海中，海水如何运动？

Q3 海岸线如何动态变化？

Q4 为什么海滩不一定有沙子？

Q5 海岸地貌为何千姿百态？

Q6 海岸的上升和下沉会产生哪些影响？

Q7 自然海滩为什么需要人为保护？

Q8 为什么一天能观察到两次涨潮？

《极地深海地球科学3》

第一部分 风云变幻，地球的动态大气

01 大气圈如何调节温度？

Q1 天气和气候有何不同？

Q2 外太空从何处开始？

Q3 地球温度的“调节器”是什么？

Q4 气象学家如何划分四季？

Q5 二氧化碳如何给地球“盖上棉被”?

Q6 为什么世界的气温记录发生在美国?

02 水汽是如何循环的？

Q1 水是如何变换状态的?

Q2 为什么云通常形成于一天最热的时候?

Q3 为什么每朵云都不一样?

Q4 雾和云有什么区别?

Q5 “云变成雨”需要满足什么条件?

Q6 冰雹的大小由什么决定?

03 风的运动如何影响天气?

Q1 人为什么不会被大气的重量压塌?

Q2 地球自转如何改变风向?

Q3 为什么低压中心会“制造坏天气”?

Q4 大气环流是如何形成的?

Q5 局地风如何产生巨大威力?

04 强烈天气是如何发生的？

Q1 夏季热浪和冬季寒潮是如何形成的?

Q2 冷空气和暖空气相遇会发生什么?

Q3 空中形似逗号的云层是什么?

Q4 为什么闪电会击中地面?

Q5 为什么龙卷风威力巨大?

Q6 我们能追踪到飓风的踪迹吗?

第二部分 星际穿越，探索宇宙的尽头

05 太阳系有着怎样的“前世今生”？

Q1 古人是如何探索宇宙的?

Q2 现代天文学是如何诞生的?

Q3 太阳系是如何形成的?

Q4 为什么说地月系统?

Q5 类地行星真的“类地”吗?

Q6 我们可能生活在类木行星上吗？

Q7 为什么说小行星很像类地行星?

06 宇宙的尽头是什么？

Q1 比太阳大800倍的恒星是什么颜色?

Q2 太阳的最终归宿是什么?

Q3 科学家是如何寻找黑洞的?

Q4 我们的银河系属于哪一种星系?

Q5 宇宙的最终宿命是什么?

致谢

Q1 为什么不会游泳的恐龙也能越过海洋？

科学家发现，相隔千里的大洋两岸存在相同的生物化石。一个典型例子是中龙，中龙是一种小型淡水爬行动物，其化石主要存在于南美洲东部和非洲西南部二叠纪（约 2.6 亿年前）的页岩中。南美洲和非洲现在相隔何止万里，中间是一片大海，中龙是如何跨越海洋，同时出

现在这两个地方的呢？

德国气象学家、地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）断言，南美洲和非洲在中龙出现的时期肯定是连在一起的。魏格纳在1915年写成了《大陆和海洋的形成》（The Origin of Continents and Oceans），并提出了“大陆漂移假说”。这本书阐述了魏格纳的大陆漂移假说，大胆地挑战了长期以来大陆和洋盆具有固定地理位置的观点。

接下来，让我们一起追溯大陆漂移假说的发展，分析它最初不被学界所接受的原因，以及了解最终使后续理论——板块构造理论被人们所广泛接受的证据。

从大陆漂移到板块构造

直到20世纪60年代末，大多数地质学家仍认为洋盆和大陆的地理位置自古以来都是固定不变的。但实际上，大陆并不是静止的；相反，它们会在整个地球范围内逐渐迁移。这些运动使大陆板块相互碰撞，导致其间的地壳变形，从而形成地球上巨大的山脉，如喜马拉雅山脉（见图 3-1）。陆地板块偶尔会分裂，分裂的板块之间会出现一个新的洋盆。同时，海底的其他部分会陷入地幔。

科学思想上的这一深刻转变无疑具有革命性。这场革命始于20世纪初的一个假说，即大陆漂移假说。在接下来的50多年内，科学界断然否定了大陆能够运动的观点。北美的地质学家尤其不能接受大陆漂移假说，这也许是因为很多支持性证据都来自非洲、南美洲和澳大利亚，而北美地质学家多半可能对这些大陆并不熟悉。

“第二次世界大战”以后，现代仪器取代了岩石锤，成为许多地球科学家的工具。包括地球物理学家和地球化学家在内，研究者们有了几项令人惊讶的发现，这些发现重新激起了人们对大陆漂移假说的兴趣。到了1968年，这些进展引出了一个更具包容性的解释理论，即板块构造理论。板块构造是指岩石圈板块的运动，这种运动改变了大陆，引发了火山活动、地震和造山运动。板块构造过程使地壳变形，形成山脉、大陆、海洋盆地等主要构造特征。

大陆漂移：一种超前观念 

在17世纪，随着世界地图越来越完善可靠，人们注意到某些大陆可以像拼图一样拼合在一起，特别是南美洲和非洲大陆。然而，直到魏格纳写成《大陆和海洋的形成》一书时，人们才意识到这个发现的重要性。

魏格纳认为，曾经存在过一个由地球所有陆块共同组成的超大陆。他将这片巨大的陆地命名为泛大陆（Pangaea，英文发音为 Pan-jee-ah，意思是“所有陆地”），如图 3-2 所示。他还进一步假设，大约在 2 亿年前，在中生代时期，这个超大陆开始分裂成较小的陆块，它们在随后的数百万年内“漂移”到目前所在的位置。

魏格纳等人收集了大量证据来支持大陆漂移假说。南美洲和非洲轮廓的契合，以及化石和古气候的地理分布，似乎都佐证了这种观点。

证据：大陆“拼图”

魏格纳和一些人注意到，大西洋两岸的海岸线之间存在着惊人的相似性，于是怀疑两岸的大陆可能曾经是连在一起的。然而，其他地球科学家对这一证据提出了质疑。这些反对者认为，海岸线会不断地被波浪的侵蚀和沉积过程所改变（事实的确如此）。即使发生了大陆漂移，现在两岸的海岸线也不太可能吻合。因为魏格纳最初对大陆的拼合（见图3-2）比较粗糙，所以想来他也应该意识到了这个问题。

科学家们后来确定，位于海平面以下几百米深处的大陆架向海一侧的边缘更加贴近大陆外边缘。20世纪60年代初，爱德华·布拉德爵士（Sir Edward Bullard）和他的两位同事绘制了一幅将南美洲和非洲大约 900 米深的大陆架边缘拼合在一起的地图（见图 3-3）。通过这些测量得到的拼合非常精确。

证据：跨洋的化石匹配

魏格纳了解到，人们在南美洲和非洲的岩石中都发现了相同的生物化石。事实上，那个时代的大多数古生物学家（研究古生物化石的科学家）一致认为，需要某种方式的陆地联系，才能解释为何在分离的大陆上会广泛存在相似的古生代生命形式。正如北美洲本土的现代物种与非洲和澳大利亚的现代物种截然不同，在古生代，相隔甚远的大陆上的生物应该也是如此。中龙属动物和舌羊齿属植物。魏格纳记录了在如今相距甚远的陆地上发现的几种生物化石（见图 3-4），并且这些生物不太可能跨越广阔海洋的屏障。

魏格纳还认为，舌羊齿化石的分布也可作为泛大陆存在的证据。舌羊齿是种子蕨舌羊齿目最重要的代表属。这种植物有着舌头形状的叶子，它的种子因为太大而无法被风吹走，但它们广泛分布在非洲、澳大利亚、印度和南美洲。后来，人们在南极洲也发现了舌羊齿化石 a。魏格纳还了解到，种子蕨类植物和相关的植物群只生长在气候凉爽的地方，比如加拿大中部。因此他得出结论，在这些大陆还未分裂时，它们所处的位置离南极更近。

大陆漂移的反对者如何解释相隔数千千米的大洋两岸存在着相同的生物化石呢？关于这种生物迁移，科学家给出的最普遍的解释包括漂流、地峡连接（跨洋陆桥）和岛屿跳板（见图 3-5）。例如，我们知道，在大约8 000年前结束的冰期，随着海平面逐渐下降，包括人类在内的哺乳动物才得以穿越分隔现今俄罗斯和阿拉斯加半岛的狭窄的白令海峡。那么，有没有可能，非洲和南美洲也曾由陆桥连接，但后来陆桥被海洋吞没了呢？不过，现代的海底地图显示，沉没的陆桥并不存在，这证实了魏格纳的论点。

是什么力量创造了山脉？

为什么每天的天气都不一样？

为什么不会游泳的恐龙也能越过海洋？

火山为何既是“天使”也是“魔鬼”？

《极地深海地球科学》由伊利诺伊中央学院的两位地球科学教授联手打造，在全球畅销40年，一经出版便荣获“麦格菲奖”。

全书以贴近读者日常生活的有趣问题引入，辅以细致、前沿的解答，可以帮助读者在探究中构建通识思维。

弗雷德里克·K. 卢金斯

在伊利诺伊中央学院担任教授长达30余年，长期从事气象学、地理学的教学与研究工作，以该学院荣誉教授身份退休。著有多部地球科学主题的图书。卢金斯教授凭借出/色的学术表现和对学生的奉献精神，被伊利诺伊中央学院评为“有影响力的教师”。

爱德华·J. 塔巴克

伊利诺伊中央学院教授。自1970年以来，与卢金斯教授一直是朋友和同事。拥有超过30年的大学教师教龄，以该学院荣誉教授身份退休。著有多部地球科学主题的图书。