我们每一个人都需要空气、食物、水和居住空间。地球还能承担多少人口？未知的希望和灾难在哪里？环境地质科学将是解决之道。

变化总是伴随着我们，但是这些巨变却是史无前例的。面对变化中的地球带给我们的难题，我们需要完备的知识和全新的思维方式。本书旨在为我们提供需要的信息，而且它也能激发富有想象力的、新颖的想法。这些想法是下一代面对挑战，维护地球所必需的。

本书首先介绍了自然力量，介绍它们是如何影响地球生存环境并维持生物循环的，接着研究了大气和水污染，废弃物处置和环境修复，然后探讨了品室气体和大气污染影响气候的方式，之后介绍了气候对大陆水分布的作用，洪水的影响以及如何控制洪水从而拯救人类生命和财产，继而探讨了河流运载的沉积物到达海洋时，海岸过程对沿海居民的影响，并探讨了海洋如阿开垦新陆地。

接下来，本书介绍了地震和火山运动及其对社会的危害作用，然后具体介绍了土壤侵蚀、山体滑坡、地面断裂等破坏作用，接着介绍了沙漠地区的地质危害以及干旱、沙漠扩张、荒漠化和沙丘移动对人类生活的影响，继而探讨了自然资源的耗竭和新能源的开发，最后介绍了正确使用土地对维持生命的重要性。

简而言之，地质作用过程塑造了地球表面，使地球成为一个活的星体。对于科学爱好者来说，这是一门充满魅力的学科。通过对本书的学习，读者将更好地了解地球自然力的运作方式。对于地质学和地球科学专业的学生来说，本书将有助于他们将来的研究工作，是一本有价值的参考书。本书配有丰富的照片、具体的说明和详细的表格，读者将享受这种清晰并且通俗易懂的介绍方式。此外，本书附有全面的词汇表，对书中较为难懂的专业术语进行了详细的解释。

简表

致谢

序言

简介

1 大自然的平衡

 自然进程

 生物圈／盖亚假说／动态平衡／能量收支／洋流

 地球化学碳循环／氮循环

2 环境恶化

 生态及污染

 大气污染／酸沉降／地表水污染／地下水污染

 废弃物处置／环境修复

3 气候变化

 温室效应

 人类气候／温室气体／全球气候变暖

 火山对气候的影响／暴风雨／对抗气候变化

4 水文地质作用

 水流和洪灾

 水循环／水文制图／河川水流／地下水流

 灌溉／洪水危害／洪水类型／洪水控制

5 海岸演变

 海岸和河口

 潮盆／海岸侵蚀／海岸沉积／海岸沉降／沿海被淹没

 沿海洪水／海浪作用／海啸

6 大地构造灾害

 地震和火山

 地面运动／地震危害／灾害防治／地震预测

 火山活动／危险的火山／预测火山喷发

7 土地流失

 侵蚀和滑坡

 土壤侵蚀／河流冲刷／风力侵蚀／冰川侵蚀

 地球运动／地面破坏

8 沙漠化

 沙漠和旱灾

 世界沙漠／干旱地区／旱灾成因／尘暴

 人造沙漠／沙尘暴／沙丘

9 自然资源

 工业原料的消耗

 能源／矿物／矿床／保护资源

 循环利用／可再生能源

10 土地利用

 地貌的改变

 全球环境／森林砍伐／生态环境毁坏／土地滥用

 城市化／土地使用规划

结语

专业术语

译后记

1 大自然的平衡

自然进程

本章探讨自然力及其影响地球生存条件的方式。生命的许多方面受循环过程掌控。可能地月系统的周期是生命出现的首要因素。持续的潮涨潮落是潮间带大幅增大的原因。地球自身的循环也影响着地理生化进程。海水不断蒸发后降落回大陆的过程是自然界最重要的循环之一。

岩石循环引起了火山活动，对气候和生命产生了深远的影响。碳循环维持着热能输入和输出平衡，决定了地球的温度。事实上，如果没有温室效应，就没有生命能在地球上存活，因为它圈住了大气中的热量，防止它逃逸至外太空。生物圈中的氮循环也是支撑着生命在地球上生存的基本因素。

生物圈

生物圈容纳了所有生物体，它所拥有的生命体比我们以往想象的要更加广阔、更加丰富。地球表面的生命显而易见，以至于我们经常忘记，地球上绝大部分的生物隐藏于我们的视线之外。它们是氮循环中的简单生物，有助于其他所有生命形式的生存。

生命伊始，它已经对地球上多样的化学、气候和地理变化作出回应，物种或适应变化或灭绝。在化石记录中，我们能找到进化树的枝干上的许多结点，而化石记录本身只代表了现存物种的一部分。几乎生物体每一种可能的形式和功能都被尝试过，这些尝试有成功也有失败。借助这种尝试的选择性方式，自然使适者生存，不适者淘汰。

现存物种几乎已经适应了所有可能的环境，从冰点以下到沸点、从强酸到强碱，也适应了深海，适应了洋底深处的强压。在深层地下也可以发现存活的细菌。几百万年前困于琥珀中而后埋藏于厚沉积岩中的细菌孢子能奇迹般地复活。在洋底冰冷黑暗的地方有一个奇异角落，那里生存着一些地球上最奇特的生物。人们也发现有复杂动物，有时也称极端生物(extremeophile)，生存于这种令人出乎意料的奇特环境，这显示了生命在极限条件下的超强适应力。

地球上几乎没有生命绝迹之所。在最炎热的沙漠和最寒冷的极地中，我们也能找到生命。生命可以栖息于最深的峡谷和最高的山脉。生命也存在于最深的海洋和对流层的最高处。在滚热的温泉中(图1)或者地下深层的高温环境中也有生物存在。地球表面经常看到的物种看似是塑造地球的主力，但实际上。不可见的微生物贡献才是最大的。它们将近占生命体的总重量的90％。这些形态简单的生物具有生化多样性和强适应性，必然成为维持地球生存境况的必要条件。

活跃于海洋光照区的单细胞光合作用生物生成了大气中80％的氧气。细菌等微生物在分解动植物遗体以及保持生物圈氮循环方面起着重要的作用。地表植物需要依赖于根系的细菌固氮。细菌寄生于动物体内，帮助其消化食物。生物作用可以聚集地壳中的硅，碳、铁、镁、铜和硫。简单生物体也包含了生物生存最终依赖的食物链中的最底层生物。

生物是造成地球广泛变化的一个主要因素。地球历史中生物圈演化进程的证据属于广阔的生物地质学领域。叠层石(图2)可能是最古老的微生物群的遗体化石，早达35亿年前便已存在。年龄为38亿岁的格陵兰岛西南部伊沙地层的碳沉积显示了碳13到碳12的衰变，这普遍被认为是生物活动的证据。因此，生命进程可能已经延续了至少80％的地球史。

随着时间推进，生物已经给地球带来了一些显著的、普遍的变化。第一个重要变化是大陆边缘含铁地层被铁细菌析出。为了获取铁矿，全世界的人们广泛开采这些地层。第二个变化源于能量来源之一的光合作用将大气和海洋中的绝大部分二氧化碳转化为氧气。(图3)光合作用生成的氧气还有另一个重要作用，即形成大气上层的臭氧层。臭氧层阻挡了太阳辐射有害紫外线，为陆生植物和动物创造了安全的生存条件，使得它们能够在地球上繁衍。

人类进化还带来了另一个巨变。大量化石燃料的燃烧、有毒废物对环境的污染、森林和野生生物生存环境的破坏以及难以控制的人口的快速增长，使人类在相对较短的时间内成为影响地球重要变化的独一无二的因素。这使得人类成为引起地球变化的一种主要生物力量。

P1-3

现在，地球上的人口已超过60亿，我们每一个人都需要空气、食物、水和居住空间。地球还能承担多少人口？现存人口的两倍？是的，也许可以。

由于地球处在不断变化的过程中，因而要对可用资源和未来的资源需求进行准确预测显得着实不易。我们周围正在发生的变化，其中一些是不可避免的自然演变的结果，但多数是人类活动引发的后果。如果想要了解人类面临的希望和灾难，我们必须更深入地了解环境变化的原因以及结果。对此环境地质科学将是解决之道。

地球总是处在运动中。地壳运动会形成火山，断层不断移动会引发地震，地球表面太阳能的分布不均会引起风的激烈运动，形成巨大的破坏力。我们可能会把这些看作不幸的灾难，但是，如果没有这些能量运动，地球将呈现一片死寂。我们需要学会与这些巨大力量相处，也许还需要将其收为己用。只有学习环境地质学，我们才能实现这一目的。

我们十分惊奇地发现，人类自身在地球上的活动事实上能对大自然的力量产生巨大作用。在50年前，科学家就意识到，燃烧煤、石油等化石燃料会改变大气中二氧化碳的含量。地球、大气圈、海洋和土壤形成的储层，能够吸收人类倾倒的任何废物。如今我们知道人类能够打破大自然的平衡，并且正在进行这个破坏过程。如果想要准确认识并抑制人类的影响，我们需要通过更详细地量化、分析、理解本书描述的碳、氮、水等地球大循环。

现在，我们知道地球温度在稳步增长，而且很可能人类活动是造成这个进程的起因。对于野生动物和人类，温度升高带来的结果仍富有争议。然而，气候改变是毫无疑问的，它可能导致世界部分地区天气的巨大波动。某些地区已经处在强大的人类压力下，如酸雨地区，它们的生产力会越来越弱，必然导致饥荒和人类苦难。一些动植物物种可能会被推向灭绝边缘，我们将会失去这些未经研究的基因资源。渔业、林业和农业也将受到这些即将到来的变化的影响，从而对整个社会产生重大的影响。

环境地质学的研究可能还不能提供这些问题的所有答案，但是至少它为我们提供了很清晰的视野。本书的目的正是提供这样的视野。随着周围环境的不断变化，我们迫切需要认识并掌握这些信息。变化总是伴随着我们，但是这些巨变却是史无前例的。面对变化中的地球带给我们的难题，我们需要完备的知识和全新的思维方式。本书旨在为我们提供需要的信息，而且它也能激发富有想象力的、新颖的想法。这些想法是下一代面对挑战，维护地球所必需的。

——彼得·穆尔博士

2008年3月份，我有幸负责翻译乔恩·埃里克森(Jon Erickson)的著作《地球面临的挑战——环境与地质》。一开始阅读此书，我就喜欢上它通俗易懂、深入浅出的风格。不同于国内已经出版的专业书刊，本书更像是一本科普著作。不管是对地质学专业的学生，还是普通的科学爱好者来说，这都将是一本带领大家认识环境地质学的优秀参考书。

环境地质学是研究人类活动和地质环境相互作用的学科，它是地质学的一个分支，也是一门融合了地质学、环境生态学、物理学和化学等学科知识的交叉性学科。原著的作者埃里克森是一名才学渊博的地质学家。在本书中，他不仅从专业的角度向我们介绍了自然地质作用对环境的影响，介绍了人类活动对环境的反作用，同时也从专业的角度提出了应对灾害的观点和对策。其中令我印象最深刻的一个观点是，降低洪水危害的最佳方法是“漫滩”，即人类退出洪水易发区，而不是在同样的漫滩上重建危险的家园，若漫滩必须开发，那么就需要建造保护堤、水库和改善河道。或许这个观点对于灾区的重建有一定启发：究竟人类应该主动地从危险地带撤退，还是应该在危险地带建立保护带？每个读者通过阅读本书后都将有自己的见解。

由于本书是作为科普读物，其读者群体中也许有很大一部分是非专业的科学爱好者，因此，笔者在翻译此书时，力求通俗易懂。许多美语常见的表达法与汉语的习惯可能存在很大的不同，这就导致原文中非常直白的句子直译后显得很拗口，于是译者对部分句子采取了意译。同时，笔者对书中较难理解的短语或句子做了相关的注释，并且对个别过时的观点做出了更正。希望这将有助于读者更好地认识环境地质学。

作为一名年轻的译者，我对自己的译文大多怀着不安，我只能说我已尽力。我感激我的好友章秀花和张元元女士，她们在此书的翻译过程中一直真诚地给予我帮助，并对译文提出了很多的意见。我也要感谢首都师范大学出版社杨林玉师姐对本书的认真编辑，才使得本书能顺利出版。

这是我真心喜欢的一本书，我也真诚地希望读者朋友们能从中得到收获。由于个人知识水平有限，加之校对仓促，书中会存在或多或少的疏漏，如读者在阅读时发现，欢迎批评指正。

杨心鸽

2009年4月19日于北大逸夫楼