生物地球化學循環（簡體書）

《生物地球化學循環》不僅對地球系統的各個組分（固體地球、大氣、海洋及生物圈）進行了介紹，還從化學基本原理出發，介紹了主要化學元素（碳、氮、磷、硫和氧）在這些組分間的全球生物地球化學循環，并利用模型對其進行廠數值模擬。《生物地球化學循環》的第1章、第2章和第3章依次給出生物地球化學循壞的介紹和基本原理的回顧（即基本的化學概念、地球系統的相關特點以及系統的關鍵物理、生物和化學過程）。第4章介紹了代表生物地球化學循環的數學形式，由一系列微分方程和解方程技巧表示。第5章、第6章、第7章和第8章分別討論并模擬了全球磷、碳、硫和氮的循壞。第9章綜合了磷、碳、硫和氮的循環，并討論了大氣中氧氣的穩定性。總的來說，這是一本較綜合全面的生物地球化學循環參考書，其中的模型程序使學生可以與教師進行交互式工作，也可使個人和小組課題在教室外進行。

第1章 生物地球化學循環及其在地球系統中的作用
1.1 引言
1.2 開放循環與封閉循環
1.3 我們為什么關心生物地球化學循環?
1.4 我們應該研究哪些元素?
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第2章 化學熱力學原理
2.1 引言
2.2 基本要點
2.3 酸—堿平衡
2.4 相變
2.5 平衡在co2-h2o-ca系統中的應用
2.5.1 純碳酸系統
2.5.2 碳酸鈣系統
2.6 氧化還原性質
2.6.1 價態
2.6.2 氧化還原半反應
2.6.3 氧化還原平衡
2.7 pe-ph穩定性圖
2.7.l 水的pe-ph穩定性圖
2.7.2 簡單硫系統的pe-ph穩定性圖
2.7.3 pe-ph穩定性圖中的亞穩態邊界
2.8 結論
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習題

第3章 地球系統
3.1 引言
3.2 水圈
3.2.1 海洋底部
3.2.2 海洋的物理性質
3.2.3 海洋化學
3.2.4 海洋年齡——一個悖論?
3.3 巖石圈
3.3.1 地殼中的巖石和礦物質
3.3.2 板塊構造學說
3.4 大氣圈
3.4.1 大氣的組成
3.4.2 大氣的物理性質
3.4.3 大氣風與湍流混合
3.5 生物圈
3.5.1 新陳代謝過程
3.5.2 生物圈的組成
3.5.3 初級生產
3.6 結論
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習題

第4章 生物地球化學循環的數學模擬
4.1 引言
4.2 線性箱式模型
4.3 簡單的例子：生物地球化學大學一世界循環
4.3.1 c1，世界的人數
4.3.2 c2，大學的人數
4.3.3 k2→1，從大學到世界的轉移系數
4.3.4 k1→2，從世界到大學的轉移系數
4.4 運用微分方程模擬大學—世界循環
4.4.1 第一組解
4.4.2 第二組解
4.4. 3 完全一般解
4.4.4 例1：穩態解
4.4.5 例2：大學創立時期的初始狀態
4.4.6 例3：擾動試驗
4.4.7 小結
4.5 生物地球化學循環中的特征值和特征向量解法
4.5.1 含n個儲庫的一般問題
4.5.2 用向量矩陣形式設立問題
4.5.3 特征值和特征向量問題一般解的獲取
4.5.4 應用初始條件獲得特定解
4.5.5 特征值和特征向量方法小結
4.6 運用boxes模擬生物地球化學循環的方法
4.7 結論
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習題

第5章 全球磷循環
5.1 引言
5.2 磷的氧化還原性質
5.3 磷循環的生物地球化學反應
5.3.1 磷循環與生物圈的耦合——光合與呼吸
5.3.2 磷循環與巖石圈的耦合——沉積與風化
5.4 磷的循環
5.4.1 c1：沉積物儲庫
5.4.2 c2：陸地土壤儲庫
5.4.3 c3：陸地生物儲庫
5.4.4 c4：海洋生物儲庫
5.4.5 c5：表層海洋儲庫
5.4.6 c6：深層海洋儲庫
5.4.7 f2→1：陸地土壤儲庫到沉積物儲庫流量
5.4.8 f2→3：陸地土壤儲庫到陸地生物儲庫流量
5.4.9 f3→2：陸地生物儲庫到陸地土壤儲庫流量
5.4.10 f2→5：陸地土壤儲庫到表層海洋儲庫流量
5.4.1l f5→4：表層海洋儲庫到海洋生物儲庫流量
5.4.12 f4→5：海洋生物儲庫到表層海洋儲庫流量
5.4.13 f4→6：海洋生物儲庫到深層海洋儲庫流量
5.4.14 f5→6：表層海洋儲庫到深層海洋儲庫流量
5.4.15 f6→5：深層海洋儲庫到表層海洋儲庫流量
5.4.16 f6→1”深層海洋儲庫到沉積物儲庫流量
5.4.17 f1→2：沉積物儲庫到陸地土壤儲庫流量
5.4.18 建立矩陣k
5.5 運用boxes研究磷循環
5.5.1 試驗1：驗證穩態模型
5.5.2 試驗2：人為活動的影響
5.5.3 試驗3：光合作用加倍
5.6 結論
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習題

第6章 全球碳循環
6.1 引言
6.2 碳的氧化還原性質
6.3 工業化前碳的全球生物地球化學循環
6.4 人為排放的影響及其“留存大氣比例”
6.4.1 運用boxes模型進行簡單模擬
6.4.2 boxes模型的“準非線性”模擬
6.5 人為干擾的持續性
6.6 結論
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習題

第7章 全球硫循環
7.1 引言
7.2 硫的氧化還原性質
7.3 硫循環中的重要生物地球化學反應
7.3.1 黃鐵礦（fes2）的形成與風化
7.3.2 石膏（caso4?2h2o）的形成與風化
7.4 工業化前的全球硫循環
7.5 數值試驗1：二疊紀時期石膏沉積物增加的模擬
7.6 數值試驗2：人為干擾的影響和持續性
7.7 結論
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習題

第8章 全球氮循環
8.1 引言
8.2 氮的氧化還原性質
8.3 氮循環的關鍵生物地球化學反應
8.3.1 氮的固定——生物固氮與非生物固氮
8.3.2 氨的同化或光合作用
8.3.3 同化硝酸鹽的還原
8.3.4 氨化或礦化
8.3.5 硝化
8.3.6 氨的揮發
8.3.7 大氣化學
8.3.8 反硝化
8.4 工業革命以前的穩態氮循環
8.5 數值試驗：人類擾動的影響及持續時間
8.6 結論
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習題

第9章 綜合循環：大氣氧的穩定度
9.1 引言
9.2 短時間尺度內的氧循環：生物圈的連接
9.3 長時間尺度上的氧循環：巖石圈的連接
9.4 構建氧循環的數學模型
9.4.1 微分方程
9.4.2 流量數學表達式的推導
9.4.3 方程求解
9.5 數值試驗1：再論二疊紀時期石膏沉積的加強
9.5.1 試驗設置
9.5.2 試驗結果
9.6 數值試驗2：世界末日情景
9.7 數值試驗3：利用氧循環來尋找“失蹤的碳”
9.7.1 試驗設置
9.7.2 試驗結果
9.8 結論，
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習題
附錄平衡常數（25℃）
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