Chapter 1: Science Is Everywhere  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

1.1 Learning about Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.2 Observing the World  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
1.3 Using the Scientific Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Connection: Dr. Rosaly Lopes—Volcano Scientist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .18
Activity: Observing The World Around You . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..  . .20
Chapter 1 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  .. . .21

Chapter 2: The Science Toolbox  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23

2.1 Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
2.2 More Measurements  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
2.3 Systems and Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
2.4 Graphs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
Connection: Modern Map-Making . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .46
Activity:  Measurement Olympics! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
Chapter 2 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

Chapter 3: Introducing Earth  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

3.1 Observing Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
3.2 Geologic Time  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
3.3 Mapping Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .63
Connection: It’s All in the Rings  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .68
Activity: Trees and Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Chapter 3 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .71

Chapter 4: Heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75

4.1 What Is Heat? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
4.2 How Does Heat Move? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
4.3 Earth’s Heat Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86
Connection: Earth’s Energy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .88
Activity: Energy at the Surface of Earth  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90
Chapter 4 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .91

Chapter 5: Density and Buoyancy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93

5.1 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
5.2 Buoyancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .99
5.3 Heat Affects Density and Buoyancy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
Connection: Full of Hot Air  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . .108
Activity: Observing Density Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
Chapter 5 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .111

Chapter 6: Earth’s Surface and Heat  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .113

6.1 Earth Is Just Right . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114
6.2 Ocean Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .119
6.3 Wind and Weather . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
Connection: Weather Forecasting: The Heart of Meteorology  . . . . . . . . .. . . . .130
Activity: Circumnavigating the Globe  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .132
Chapter 6 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133

Chapter 7: Heat Inside Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137

7.1 Sensing the Interior of Earth  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .138
7.2 Earth’s Interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
7.3 Density and Buoyancy Inside Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
Connection: Drilling to Earth's Core . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . . .150
Activity: Modeling Wave Motion Through Different Materials . . . . . . . . . . ... . . . .152
Chapter 7 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . . .153

Chapter 8: Plate Tectonics  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157

8.1 Alfred Wegener’s Supercontinent  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .158
8.2 Sea-floor Spreading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
8.3 Plate Boundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167
8.4 Metamorphic Rocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .174
Connection: Fossils of the Ice Age . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .176
Activity: Make a Plate Tectonics Book  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .178
Chapter 8 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . .179

Chapter 9: Earthquakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181

9.1 What Is an Earthquake?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .182
9.2 Seismic Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189
9.3 Measuring Earthquakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194
Connection: 2004 Indian Ocean Earthquake and Tsunami  . . . . . . . . . . . . . . . .198
Activity: The Dragon and Toad Mystery  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200
Chapter 9 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .201

Chapter 10: Volcanoes  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203

10.1 What Is a Volcano?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204
10.2 Where Do You Find Volcanoes? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
10.3 Types of Volcanoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215
10.4 Igneous Rocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . .221
Connection: Western Region Volcanoes  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224
Activity: The Geological Cycle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . .  226
Chapter 10 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . .227

Chapter 11: Water and Weathering  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .231

11.1 Weathering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .232
11.2 Moving Sediment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .238
11.3 Sedimentary Rocks  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .243
Connection: A World Heritage Site: Carlsbad Cavern  . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .246
Activity: Features of Rivers and Streams  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .248
Chapter 11 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .249

Chapter 12: Beaches  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .253

12.1 The Shallow Marine Environment  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .254
12.2 Waves Shape Beaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .259
Connection: From Sea to Shining Sea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .264
Activity: Beach Trip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .266
Chapter 12 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .267

Chapter 13: Natural Hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .269

13.1 What Is a Natural Hazard?  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .270
13.2 Natural Hazards Driven by External Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .273
13.3 Natural Hazards Driven by Internal Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .279
Connection: The Shake, Rattle ’n’ Roll of Earth. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . .  286
Activity: Composite and Shield Volcanoes  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .288
Chapter 13 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .289

Chapter 14: Resources  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .293

14.1 Natural Resources and Energy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294
14.2 Supplying Our Energy Needs  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .297
14.3 Resources and Conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .305
Connection: The Roads to the Mighty Redwoods . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . .310
Activity: Conserving Resources  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . .312
Chapter 14 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .313

Chapter 15: Ecosystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .315

15.1 Ecosystems and Energy  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .316
15.2 Food Chains and Food Webs  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322
15.3 Ecosystems—A Delicate Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .326
Connection: A Forest in the Ocean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .332
Activity: Create a Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .334
Chapter 15 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .335

Chapter 16: Biomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .337

16.1 Climates and Biomes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338
16.2 Deserts and Grasslands  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .344
16.3 Temperate Forests and Rainforests  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .349
16.4 Taigas and Tundras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .353
Connection: Ecological Impact of Forest Fires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .358
Activity: Biome Expedition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .360
Chapter 16 Assessment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .361

Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364

Index  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .375

California Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381