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第Ⅰ部分 能量3

第1章 能量的流动和提供3

1.1 能源及可持续性3

1.2 自然界的能量流动4

1.3 人类的能量消耗8

1.4 人类的能源13

第2章 化石燃料18

2.1 碳循环18

2.2 化石燃料的来源20

2.3 燃料能23

2.4 石油27

a．合成与精炼27

b．优势29

c．不利29

2.5 天然气34

a．优势34

b．不利34

2.6 煤35

a．优势36

b．不利36

2.7 脱碳38

a．分离38

b．存储38

第3章 核能41

3.1 原子核、同位素和放射性42

3.2 自然界中的放射性同位素44

3.3 衰变链：关于氡的问题45

3.4 放射性：电离辐射的生物效应47

a．α射线48

b．β射线、γ射线和中子48

3.5 辐射暴露49

3.6 裂变50

a．加压轻水反应堆52

b．同位素分离53

c．增殖反应堆54

d．后处理55

3.7 核动力的危害56

a．反应堆安全：三里岛和切尔诺贝利56

b．武器扩散58

c．核废料处理60

3.8 核动力会成为未来世界的一部分吗？61

3.9 核聚变62

a．聚变反应62

b．聚变反应堆64

c．聚变反应会是未来的一种能量来源吗？66

第4章 可再生能源67

4.1 日光供暖69

4.2 太阳能发电71

4.3 光电电流72

a．光电池的原理73

b．光合作用与光电化学76

4.4 生物质能78

a．从生物质中提取乙醇79

b．从生物质中提取甲烷81

4.5 水力发电82

4.6 风力83

4.7 海洋能86

4.8 地热能86

第5章 能量的利用88

5.1 热机效率90

5.2 燃料电池92

5.3 空间供热、废热发电97

5.4 电的储存：氢的经济价值97

5.5 材料间的关系100

a．材料性质：纸张与塑料100

b．循环利用102

c．非物质化104

5.6 系统效率106

a．运输业107

b．工业生态学112

c．绿色化学114

5.7 能源与社会115

总结118

习题119

推荐读物124

第Ⅱ部分 大气129

第6章 气候129

6.1 辐射平衡129

6.2 反射率：粉尘和云层133

a．云层134

b．悬浮粒子136

c．硫循环138

6.3 温室效应142

a．红外吸收和分子振动142

b．温室气体变化趋势147

6.4 气候模型153

6.5 温室气体的国际公约159

第7章 氧的化学161

7.1 氮的氧化物：自由能161

a．自由能与平衡常数162

b．自由能与温度164

7.2 氮的氧化物：动力学165

7.3 自由基链的反应166

a．氧自由基167

b．有机氧的自由基170

c．羟基自由基170

d．过渡金属对氧气的活化171

第8章 平流层臭氧173

8.1 大气构成175

8.2 臭氧的紫外防护作用177

8.3 臭氧化学180

a．生成与破坏180

b．臭氧稳态计算181

8.4 催化臭氧耗损183

a．羟基自由基183

b．氯和溴184

c．一氧化氮184

8.5 极地臭氧耗损185

8.6 臭氧层的修复规划189

8.7 CFCs替代物189

第9章 大气污染192

9.1 污染物及其危害192

a．一氧化碳192

b．二氧化硫194

c．毒性有机物195

d．颗粒物197

e．NOx和挥发性有机物199

f．臭氧和其他氧化剂201

9.2 光化学烟雾202

9.3 排放控制206

a．二氧化硫206

b．氮氧化物、一氧化碳和烃类化合物207

9.4 汽油重整：充氧210

a．爆震和辛烷值210

b．柴油和十六烷值210

c．汽油中的铅211

d．重整汽油212

总结214

习题215

推荐读物219

第Ⅲ部分 水圈／岩石圈第10章 水资源225

10.1 全球概览225

10.2 灌溉228

10.3 地下水230

10.4 美国的水资源231

10.5 海洋233

10.6 作为溶剂和生物介质的水235

第11章 从云到径流：作为溶剂的水237

11.1 水的独特性质237

a．氢键237

b．笼状包合物和水的互溶性239

11.2 酸、碱和盐242

a．离子、自电离和pH242

b．弱酸和弱碱244

11.3 共轭酸和碱，缓冲溶液246

11.4 大气中的水：酸雨247

第12章 水及岩石圈251

12.1 作为酸碱反应器的地球251

12.2 有机碳和无机碳的循环253

a．碳酸控制254

b．碳酸盐的吸收256

c．CO2、H2O和地球的行星邻居256

12.3 风化和溶解作用机理257

a．离子固体和溶度积257

b．溶解度和碱度258

c．离子交换，黏土与腐殖质260

12.4 酸化作用的影响264

a．土壤中和作用264

b．硬度和洗涤剂266

c．酸沉降和流域的缓冲作用267

d．酸雨对生态系统的影响270

e．酸性矿井排水271

f．全球酸化272

第13章 氧气和生命273

13.1 氧化还原反应和能量273

a．生物需氧量274

b．生物还原的自然顺序275

c．生物氧化281

13.2 好氧的地球281

13.3 作为生态介质的水284

a．透光层和生物泵284

b．淡水湖泊中的富营养作用285

c．氮和磷：限制性营养物质287

d．缺氧及其对沿岸海域的影响289

e．作为化学沉降池的湿地292

f．氧化还原反应对金属污染的影响294

g．用铁向海洋施肥294

第14章 水污染和水处理296

14.1 水利用和水质量：点源和非点源污染296

14.2 水质控制300

14.3 水和污水处理301

14.4 健康危害303

a．病菌和消毒303

b．有机和无机污染物304

总结306

习题307

推荐读物311

第Ⅳ部分 生物圈315

第15章 氮和食品生产315

15.1 氮循环315

15.2 农业318

a．肥料和绿色革命318

b．环境退化324

15.3 营养324

a．能量和卡325

b．蛋白质326

c．矿物质和维生素330

d．抗氧化剂335

第16章 害虫控制338

16.1 杀虫剂338

a．长效型杀虫剂：有机氯杀虫剂338

b．生态系统影响：生物累积342

c．短效杀虫剂：有机磷酸酯类和氨基甲酸酯类345

d．天然杀虫剂349

e．害虫综合治理349

16.2 除草剂352

16.3 转基因生物355

a．转基因植物：现状与潜力356

b．转基因食品的阻力357

第17章 有毒化学品361

17.1 急性毒性和慢性毒性361

17.2 癌364

a．机理364

b．癌的发病和测试368

17.3 激素效应371

17.4 长效有机污染物：二噁英和多氯联苯（PCBs）374

a．二噁英和呋喃375

b．多氯联苯381

c．全球迁移382

17.5 有毒的金属383

a．汞387

b．镉390

c．砷393

d．铅394

总结400

习题402

推荐读物405

附录 有机结构408

烃类：烷烃408

支链：异构体408

环409

不饱和烃411

分子形状411

碳骨架表示法411

芳香化合物412

杂原子，官能团413

中英词汇对照417