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作 者： 張有學 著 倪懷瑋 等 譯
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內容簡介
《地球化學動力學》從理論和套用方面系統地闡述了地球化學動力學——化學動力學套用於地質問題的學科。《地球化學動力學》既介紹了化學動力學的基本理論和套用，也詳盡地總結了地球化學工作者提出的各種理論和套用，尤其是高溫地球化學方面的理論，如變溫動力學和反演理論。其中的反演理論包括了地質年代學（同位素定年）、熱年代學（反演溫度一時間歷史）和地質速率計（推測冷卻速率）。《地球化學動力學》的第一章在基礎水平上綜述了地球化學動力學的整個研究領域，其後各章分別針對均相反應、物質遷移、多相反應，以及反演問題闡釋了理論和套用。
《地球化學動力學》的大多數例子取自高溫地球化學研究，也有一些例子取自天文學和環境科學。《地球化學動力學》還提供了附錄、章末習題以及豐富的參考文獻。讀者最好具備簡單微分方程、線性代數和熱力學（本科物理化學課程水平）的基本知識。《地球化學動力學》是所有對地球化學動力學問題感興趣的學生和學者的珍貴資源。
目錄
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符號表
物理常數
第1章 簡介和綜述
1.1 熱力學與動力學
1.2 化學動力學與地球化學動力學
1.3 均相反應動力學
1.3.1 反應進度參數}
1.3.2 基元反應與總反應
1.3.3 反應的分子數
1.3.4 反應速率定律、反應速率常數和反應級數
1.3.5 不同級數反應的濃度演化
1.3.6 反應速率常數隨溫度的變化：阿倫尼烏斯方程
1.3.7 變溫反應動力學
1.3.8 更複雜的均相反應
1.3.9 確定反應速率定律、反應速率常數和反應機制
1.4 物質遷移和熱傳遞
1.4.1 擴散
1.4.2 對流
1.5 多相反應動力學
1.5.1 控制因素和“反應定律”
1.5.2 多相反應中的步驟
1.6 反應速率常數與擴散係數的溫度和壓力效應
1.6.1 碰撞理論
1.6.2 過渡態理論
1.7 反演問題
1.7.1 冷卻過程中的反應和擴散
1.7.2 地質年代學、封閉年齡和熱年代學
1.7.3 地質溫度計、表觀平衡溫度和地質速率計
1.7.4 兩相或多相交換反應的地質速率計
1.7.5 小結
1.8 附註
1.8.1 動力學問題中所需要的數學
1.8.2 揭開一些似乎違反熱力學的反應之謎
1.8.3 其他“似是而非”之謎
1.8.4 對未來研究的展望
習題
第2章 均相反應動力學
2.1 可逆反應
2.1.1 一級可逆反應的濃度演化
2.1.2 二級可逆反應的濃度演化
2.1.3 冷卻過程中的可逆反應
2.1.4 斜方輝石中的Fe-Mg有序一無序反應
2.1.5 流紋岩漿中水的種型反應
2.2 鏈式反應
2.2.1 放射性衰變系列
2.2.2 鏈式反應導致的負活化能
2.2.3 臭氧的熱分解
2.3 平行反應
2.3.1 水溶液中Fe2+Fe3+間的電子轉移
2.3.2 溶解的C02形成碳酸氫根
2.3.3 氫的核燃燒
2.4 特殊主題
2.4.1 臭氧的光化學合成和分解與臭氧層空洞
2.4.2 受擴散控制的均相反應
2.4.3 玻化轉變
習題
第3章 物質遷移：擴散和對流
3.1 基礎理論和概念
3.1.1 物質守恆和遷移
3.1.2 能量守恆
3.1.3 動量守恆
3.1.4 擴散的類型
3.2 二元體系中的擴散
3.2.1 擴散方程
3.2.2 初始條件和邊界條件
3.2.3 穩態下擴散方程的簡單解
3.2.4 擴散係數恆定時一維無限或半無限介質中的擴散
3.2.5 瞬時平面源、線源或點源
3.2.6 疊加原理
3.2.7 擴散係數恆定時一維有限介質中的擴散：分離變數法
3.2.8 可變動的擴散係數
3.2.9 二元體系中的上坡擴散和不穩分解
3.2.10 三維擴散；不同坐標系
3.2.11 各向異性介質中的擴散；擴散張量
3.2.12 求擴散方程解析解方法總結
3.2.13 數值解
3.3 多種型組分的擴散
3.3.1 水在矽酸岩漿中的擴散
3.3.2 C02在矽酸岩漿中的擴散
3.3.3 氧在岩漿和礦物中的擴散
3.4 多組分體系中的擴散
3.4.1 有效二元方法
3.4.2 改進的有效二元方法
3.4.3 基於濃度的多組分擴散係數矩陣
3.4.4 基於活度的多組分擴散係數矩陣
3.4.5 結語
3.5 一些特殊的擴散問題
3.5.1 放射性組分的擴散
3.5.2 放射成因組分的擴散和熱年代學
3.5.3 里策岡0環（Liesegangrings）
3.5.4 同位素比值擴散曲線與元素濃度擴散曲線
3.5.5 移動邊界問題
3.5.6 擴散和流動
3.6 擴散係數
3.6.1 實驗測定擴散係數
3.6.2 關於擴散係數的關係和模型
習題
第4章 多相反應動力學
4.1 多相反應的基元過程和特殊問題
4.1.1 成核
4.1.2 界面反應
4.1.3 物質遷移和熱傳遞的作用
4.1.4 枝晶生長
4.1.5 多個晶體的成核和生長
4.1.6 顆粒粗化
4.1.7 形成新相的動力學控制
4.1.8 備註
4.2 由物質遷移或熱傳遞控制的單個晶體、氣泡或液滴的溶解、熔融和生長
4.2.1 參照系
4.2.2 無限熔體介質中晶體的擴散溶解
4.2.3 無限流體介質中下沉或上浮晶體的對流溶解
4.2.4 晶體的擴散生長和對流生長
4.2.5 氣泡的擴散生長/溶解和對流生長/溶解
4.2.6 其他可作類似處理的問題
4.2.7 界面反應和擴散的相互影響
4.3 其他多相反應
4.3.1 啤酒和香檳中氣泡生長的化學動力學和物理動力學
4.3.2 爆發式火山噴發的動力學
4.3.3 兩種接觸晶相之間的組分交換
4.3.4 熔體包裹體或流體包裹體與宿主礦物的擴散再平衡
4.3.5 兩種晶相的熔融或相互反應
4.4 未來研究的方向
習題
第5章 反演問題：地質年代學、熱年代學和地質速率計
5.1 地質年代學
5.1.1 定年方法1：可以推測最初母核素數目
5.1.2 定年方法2：可以推測最初子核素數目
5.1.3 定年方法3：等時線法
5.1.4 定年方法4：用已絕滅核素測相對年齡
5.1.5 準確定年的若干條件
5.2 熱年代學
5.2.1 封閉溫度和封閉年齡
5.2.2 擴散丟失與放射成因增長的數學分析
5.2.3 封閉溫度概念的拓展
5.2.4 套用
5.3 地質速率計
5.3.1 基於均相反應的定量地質速率計
5.3.2 測量無水玻璃的熱容以估計冷卻歷史
5.3.3 單晶內基於擴散和環帶結構的地質速率計
……
附錄
習題答案
參考文獻
索引
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前言
《地球化學動力學》是一本為研究生和高年級本科生撰寫的教科書。本書以我在密西根大學執教的“地球化學動力學”課程為基礎，其目的是全面介紹地球化學動力學的原理和理論。地球化學工作者也可以將本書作為標準參考文獻。
地球化學動力學起源於化學動力學，因此前人常僅視之為化學動力學在地質研究中的套用。然而，恰似地球化學源於化學但又有別於化學，過去數十年來地球化學動力學也開始有別於化學動力學，具體表現在三個方面：①化學動力學只研究正演問題，而地球化學動力學還著眼於反演問題，如通過地質年代學、熱年代學和地質速率計測定岩石年齡和熱演化史。②化學動力學一般只研究等溫反應動力學，而地球化學動力學常常需要處理變溫條件下的動力學，如冷卻過程中的反應和擴散。③化學動力學強調均相反應動力學，而地球化學動力學家更多地研究多相反應動力學。
