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地质学是关于地球的科学,学习地质学的目的是为了当你向其他人描述所看到的景色时,他们能同样理解。一旦你善于谈论你所生活的这个世界,你对地球的了解就会上升到一个新的水平,你会想弄清楚过去发生在地球上的事情,即使你在今天看不到发生了什么。没有人到过地球的中心,但是基于我们曾经到过的地方的信息所建立的模型,我们能够想象那里是怎么个情况。做一个预测,看你是否能证明它,并将这个结论应用到更大的问题上去,这就是科学。
在这本书里,你将学习到许多关于事情是怎么发生的以及为什么会发生。你将了解所看到的现象背后的科学原理,并且将学会以一种全新的令人激动的方式来思考地球。地质学其实并不难,其核心可归结为几个非常简单的概念——重力、摩擦、热量以及水的作用。在这本书中,你将学到:
如何制作属于自己的晶体
你会了解晶体是如何形成的以及如何区分它们。所有的岩石里都包含着矿物晶体,所以这是个不错的学习起点。
主要岩石类型之间的区别
你会了解三大主要岩类的形成,发现火成岩、沉积岩和变质岩背后的力量。
鉴定与探寻
你会了解科学家如何把宝石从普通晶体里辨别出来,以及他们如何寻找价值高的岩石。一旦你学会了如何把一种矿物与其他矿物区分开来,就能开始鉴别身边所发现的岩石和矿物。
如何分解(熵)
你会了解地球的作用力如何把新鲜的熔岩流变成海滩上的沙子,当然太阳和植物也在其中起了部分作用。熵(entropy)是指关于万事万物终都会分解消亡的理念,就像钢铁会生锈、山脉会崩塌。
化石是生命的线索
我们生活的地球上,有着无数令人惊叹的化石等着被发现,你会了解古生物学家们如何去探索地球几百万年前的模样。
为何太空陨石很重要
你会了解彗星与陨石改变地球表面形态的过程。
岩石的意义不仅仅是石头
当你了解了岩石或者矿物晶体的内部结构和成分等性质后,你就可以在学习和玩耍中做些与岩石和矿物有关的事了。在这里你可以有许多方式展示你的石头宝贝,并用它们来制作工艺品或者日常用品。古代先民就是使用他们身边的这些材料来制作工具的,你也同样可以。
地质学有一系列的词汇表,其中许多专业词汇很古老,能追溯到很早的时期。许多外来词也会出现在地质学的专业词汇表里。例如:德语里单词schist (片岩,发“shist”的音)以及gneiss (片麻岩,发“nice”的音)都被用来描述某种变质岩类。夏威夷语里aa (发“ah-ah”的音)和pahoehoe (发“pa-hoyhoy”的音)都被用来描述火山熔岩流,想想在夏威夷群岛上火山运动是那么活跃,词汇产生也就不难理解了。我们用aa lava指代块状和锯齿状的块状熔岩,用pahoehoe lava指代绳状且有波纹动感的绳状熔岩。这些只是其中几个例子。
地质学是一门基于大量观察进行收集、分析数据并通过建立部分科学模型进行预测的学科。幸运的是,地球按一种我们能够理解的方式在运动,所以如果我们能设计出一个合理的科学分析模型,就能用我们从这个模型里得到的数据来预测地球运动中其他力量的存在。我们可以通过用建立小的模型和实验来揭示一些秘密,哪怕是一些有趣的简单小实验,都能向大家展示我们生活的伟大地球的运动和变迁模式。这本书里的实验项目会帮助你理解、认识到身边的世界是多么的有趣。
值得高兴的是大部分实验不需要多么昂贵的物料,从家里的厨房和车库就能找到。如果你想认真地学习并理解地质学,了解你所生活的地球,这本书也能帮到你。有些物料需要你费点心去寻找。例如,某些不容易找到的物料可能得通过在线订购等方式买到;也许你还需要跑去一些旧货店或二手市场淘些坛坛罐罐回来;或者光顾一些当地的工艺品商店,不过这些都能成为乐趣的一部分。
后,一定要去光顾一下附近售卖矿物岩石和宝石的商店,去找找有没有相关的标本、书籍、工具以及如何开展你的收藏之旅的建议。
多年来,我花费无数时间与孩子们一起工作,例如给孩子们做讲座、实验演示或者成为一位金牌顾问,帮助他们去了解周围的世界。这本书里的许多实验久经考验,广为人知,但也有些实验是全新的,或者在一些旧的方法上加入了新的创意。我们将从一些简单的概念开始,然后把一个个小概念串联成更大的奇思妙想。这种模式下,这些地质学实验的玩法就像是搭积木:一开始只有一点点,慢慢地,越搭越大。某种情况下,你也许会发现,学到的东西越来越多,就像拼图一块块被拼接起来。向别人展示他们已经了解的各种知识点怎样被串联起来进行应用,这一直是我享受的事情。跑到海边去捡些岩石是件很有趣的事情,但是当你知道如何去鉴别各种岩石并且能解释它们是如何形成的时候,你就会有种自己是侦探,解开了一桩疑案的感觉。未来,你们中有些人也许会以地球科学研究为职业,或者成为到遥远的外星球去旅行的天体科学家。我希望你们梦想成真!
现在,让我们开始吧!但是先记住一点:没有谁会喜欢一个做事没条理的实验室伙伴。


【译后记】

我于2006年毕业于中国地质大学(北京),获得理学硕士学位,专业为矿物学、岩石学、矿床学(宝石学方向)。这些年主要做一些与矿物宝石晶体和地学科普相关的工作,参与编写过矿物相关的专业书籍。
作为一个地学科普工作者,除了编写这些方面书籍和文章,我还经常带香港矿物学会等一些爱好者团体去江西、广东、广西、湖南、内蒙等地一些产出漂亮矿物晶体的矿山和表现广东丹霞地貌、广西岩溶地貌、内蒙古大兴安岭火山地貌、第四纪冰川蚀刻地貌等不同特色的地理地貌的地质公园或旅游区考察。在带团考察的过程中,经常有非专业的参团考察人员会向我问许多问题,类似于矿物晶体如何形成?黄铁矿和金子该怎么区分?火山口湖泊是怎样形成的?我们路过的山体剖面为什么会有一层层的明显界线?……
对于非专业的普通地球科学爱好者,尤其是广大青少年读者来说,他们对大自然充满热爱,对这个熟悉而陌生的地球充满疑问,希望有人能给他们解答,有人能够引导他们去了解,去探索他们身边的环境和所接触到的世界。
我们这一代人,上大学之前,书店和学校图书馆看到的主要是教学辅导书,老师和家长把一切不以增加分数为目的的书籍都视为洪水猛兽……现在,作为一个父亲,我不希望我的孩子将来重复这样的成长路径, 我希望他将来能接触许许多多喜欢的东西,培养方方面面的兴趣,成为一个知识面广、动手能力强的人。
这本书是我一直以来所想找的一本书,国内针对非专业人士,尤其是针对青少年简单易懂的地学科普读物并不多,大多是比较晦涩难懂的专业书籍,当我看到这本书后,非常高兴。因为我可以通过书中的那些实验,让我的孩子对我们所生活的地球有个启蒙了解,同时也能让他了解我的工作、我的专业。
这本书在引导读者通过动手做实验,了解平时所接触到的一些自然事物,探索周围的地球环境,激发学习大自然和地球科学的兴趣方面做得很好。
对于做实验需要注意的问题,当然首要是安全问题。这上面许多实验涉及到用烤炉、用开水、用刀切……等等一些有一定危险性的操作。孩子们在做这些有一定危险性的实验之前,一定得有成年人在旁边辅助。
其次,有朋友问我是不是必须循序渐进?我觉得,不一定非得那么按部就班,其实这本书里的地质实验,可以说是涉及了地球科学的许多方面,包括矿物学、岩石学类,也包括古生物学、地层学、动力地质学……读者可以按照自己的兴趣,挑选某一部分,甚至某一节来阅读并动手做实验,虽然不同章节之间有逻辑联系,但并没有固定的前后基础和延续关系。
总体来说,这本书里的实验非常棒,值得向希望满足孩子求知欲的家长推荐,成年人可以辅助或旁观孩子完成部分或者全部实验。

刘知纲(本书译者)
毕业于中国地质大学(北京),地学科普工作者