探知无界-火山的奥秘 北大名师讲科普系列 唐铭

《探知无界·火山的奥秘》为“北大名师讲科普系列”中的一本，“北大名师讲科普系列”缘起于“亚洲青少年交流计划”的科普课
程，该系列课程借助北京大学附属中学开设的大中贯通课程得到进一步完善，最后浓缩为这套散发着油墨清香的科普丛书，并顺利入选北京市科学技术协会 2024 年科普创作出版资金资助项目。这套科普丛书汇聚了北京大学多个院系老师们的心血。通过阅读本套科普丛书，青少年读者可以探索机器人的奥秘、环境气候的变迁原因、显微镜的奇妙、人与自然的和谐共生之道，领略火山的壮观、宇宙的浩瀚、生命中的化学反应，等等。同时，这套科普丛书还融入了人文艺术的元素，使读者们有机会感受不同国家文化与艺术的魅力、云冈石窟的壮丽之美，从心理学角度探索青少年期这一充满挑战和无限希望的特殊阶段。

丛书简介：在中国相关部门的支持下，北京大学与国内外多所中学联合启动的“亚洲青少年交流计划”自2021年开始，接收来自国际高中学生共同参与线上课堂，相互学习、共同探讨。此项计划不仅凝聚了教育、科技界的智慧和资源，而且着眼于拔尖创新人才的培养，是一次大学与中学深度融合、共同育人的创新尝试，致力于在真实的科研课题学习与实践中，为中学生打造一个全方位、跨学科的学习体验。
北京大学的教授团队亲自设计并讲授的课程，不仅旨在巩固中学生的学科知识，更重要的是引导中学生培养跨学科思维和科学家精神，激发对科技前沿的热爱，并在科学探索的旅途中播下探究与创新的种子。期望这套科普丛书能为青少年读者提供一个“预见未来”的机会，增强他们对科普内容的热情与兴趣，增进其对科学工作的向往，点燃他们当科学家的梦想，让更多的优秀人才竞相涌现，进一步夯实加快实现高水平科技自立自强的根基。
这些课程内容经过北大教授的严格审定，依托“北大A计划”青少年拔尖创新人才选拔与培养机制，再由北大附中的教师团队根据中学生的学习特点进行了适度的调整与拓展，包括增加了延伸阅读和知识链接，最终获得的正式批准出版。本丛书为“北大名师讲科普系列”，入选北京市科学技术协会2024年科普创作出版资金资助项目。
       本册内容简介：《探知无界·火山的奥秘》从独特的视角讲述关于火山的知识，让读者了解火山的喷发原理、喷发类型、火山带来的资源、火山对地球气候的影响等《探知无界·火山的奥秘》让读者感受到，人类的旅程不止于地球，还会造访月球、金星、火星，甚至是外太阳系的冰雪世界，让读者领略到地球与行星科学为人类描绘的星辰大海。

唐铭
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丛书主编：①方方，哲学博士，教授，博士生导师。北京大学心理与认知科学学院教授。长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，北京大学博雅特聘教授。 现任北京大学党委常委、副校长，兼任党委教师工作部部长、人事部部长、师资人才办公室主任等。曾任北京大学心理学系系主任，心理与认知科学学院院长等。
②马玉国，教授，博士生导师。现任北京大学附属中学党委副书记、校长；北京大学分析测试中心主任，北京大学软物质科学与工程中心副主任。北京大学化学与分子工程学院教授，中国科协第九次代表大会代表，中国化学会理事。

本册主编：
唐铭，北京大学地球与空间科学学院博雅特聘教授，国家杰出青年基金获得者，主要从事大陆演化与岩浆成因方面的研究；南京大学地球化学学士（2011年），美国马里兰大学地质学博士（2016年），2019年入职北京大学；获得高山青年科学家奖、美国地球物理学会Hisashi Kuno奖、科学探索奖等荣誉。

导  语 / 1

第一讲 | 地球脉搏 / 3

一、黄石国家公园与黄石火山  / 8

二、火山的喷发及类型  / 15

三、黏度及其影响因素  / 26

四、地球上火山的分布  / 36 小结  / 39

第二讲 | 走出地球 / 41

一、月球  / 46 二、火星  / 53

三、金星  / 59

四、木卫一  / 68 五、土卫二  / 72 小结  / 77

第三讲 | 毁灭与重生  / 79

一、自然的怒火  / 84

二、气候系统的守护者  / 90

三、生命的摇篮  / 101 小结  / 113

总　序
                           龚旗煌
    （北京大学校长，北京市科协副主席，中国科学院院士）
     科学普及（以下简称“科普”）是实现创新发展的重要基础性工作。党的十八大以来，习近平总书记高度重视科普工作，多次在不同场合强调“要广泛开展科学普及活动，形成热爱科学、崇尚科学的社会氛围，提高全民族科学素质”“要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置”，这些重要论述为我们做好新时代科普工作指明了前进方向、提供了根本遵循。当前，我们正在以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业，更需要加强科普工作，为建设世界科技强国筑牢基础。
    做好科普工作需要全社会的共同努力，特别是高校和科研机构教学资源丰富、科研设施完善，是开展科普工作的主力军。作为国内一流的高水平研究型大学，北京大学在开展科普工作方面具有得天独厚的条件和优势。一是学科种类齐全，北京大学拥有哲学、法学、政治学、数学、物理学、化学、生物学等多个国家重点学科和世界一流学科。二是研究领域全面，学校的教学和研究涵盖了从基础科学到应用科学，从人文社会科学到自然科学、工程技术的广泛领域，形成了综合性、多元化的布局。三是科研实力雄厚，学校拥有一批高水平的科研机构和创新平台，包括国家重点实验室、国家工程研究中心等，为师生提供了广阔的科研空间和丰富的实践机会。 
     多年来，北京大学搭建了多项科普体验平台，定期面向公众开展科普教育活动，引导全民“学科学、爱科学、用科学”，在提高公众科学文化素质等方面做出了重要贡献。2021 年秋季学期，在支持下北京大学启动了 “亚洲青少年交流计划”项目，来自中日两国的中学生共同参与线上课堂，相互学习、共同探讨。项目开展期间，两国中学生跟随北大教授们学习有关机器人技术、地球科学、气候变化、分子医学、化学、自然保护、考古学、天文学、心理学及东西方艺术等方面的知识与技能，探索相关学科前沿的研究课题，培养了学生跨学科思维与科学家精神，激发学生对科学研究的兴趣与热情。
     “北大名师讲科普系列”缘起于“亚洲青少年交流计划”的科普课程，该系列课程借助北京大学附属中学开设的大中贯通课程得到进一步完善，最后浓缩为这套散发着油墨清香的科普丛书，并顺利入选北京市科学技术协会 2024 年科普创作出版资金资助项目。这套科普丛书汇聚了北京大学多个院系老师们的心血。通过阅读本套科普丛书，青少年读者可以探索机器人的奥秘、环境气候的变迁原因、显微镜的奇妙、人与自然的和谐共生之道，领略火山的壮观、宇宙的浩瀚、生命中的化学反应，等等。同时，这套科普丛书还融入了人文艺术的元素，使读者们有机会感受不同国家文化与艺术的魅力、云冈石窟的壮丽之美，从心理学角度探索青少年期这一充满挑战和无限希望的特殊阶段。
   这套科普丛书也是我们加强科普与科研结合，助力加快形成全社会共同参与的大科普格局的一次尝试。我们希望这套科普丛书能为青少年读者提供一个“预见未来”的机会，增强他们对科普内容的热情与兴趣，增进其对科学工作的向往，点燃他们当科学家的梦想，让更多的优秀人才竞相涌现，进一夯实加快实现高水平科技自立自强的根基。

二、火星

太阳系有八大行星，我们按照行星的成分分成两类：一 类行星的成分与地球的组成成分类似，主要由硅酸盐岩石组 成，统称为类地行星，包括水星、金星、地球、火星；另一 类行星的成分与木星的组成成分相近，主要由气体物质组成， 统称为类木行星，包括木星、土星、天王星、海王星。类地 行星分布在内太阳系，类木行星分布在外太阳系。
在人类探索太阳系天体的进程中，四颗类地行星中有一 颗星球格外令人关注。它到太阳的距离是地球的 1.5 倍，直 径只有地球的一半，这就是火星。
19 世纪 70 年代，意大利天文学家乔瓦尼 · 斯基亚帕雷 利（ Giovanni Schiaparelli）观察到火星表面存在暗色的线条 结构，不过当时的观测手段还无法让他看清这些结构到底是 什么。乔瓦尼记录下了这一发现，认为火星可能存在天然的 河道，在意大利语中河道叫作 canali 。但当这一发现被译成 英语时，被误译为 canal ，也就是运河。运河是人工开凿的， 让人们误以为火星曾经可能存在过智慧生命。这个看似微不足道的翻译错误，却引发了人们对火星文明的各种疯狂的猜 想，也是众多火星人入侵地球题材的科幻小说和电影的灵感来源。
然而，随着科学探索的深入，关于火星文明的一切幻想 逐渐破灭。火星表面是一片荒漠和乱石，这些岩石大多是玄  武岩质，是火星早期的岩浆岩经历了长期的风化过程形成的。 虽然今天的火星已经几乎没有火山活动了，但它曾经是太阳  系巨型火山的故乡，从太空中我们能清晰地看到这些巨大的  火山遗址，其中最大、最高的一座叫作奥林帕斯火山，它的  高度超过了 21 千米，直径达到 600 千米。