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然而，关于地球发电机还有诸多细节都在热议中。比如说，地球发电机的动力来源就还没完全了解清楚。动力来源也许是简单的热对流，位于外核顶部附近（地核—地幔交界处）的液态铁变冷变重于是下沉。但是，铁也是热量的良导体，那就意味着热量的冷热对流很容易就会给散发或者说抹除掉，所以地核的热对流可能会很没力度，无法成为主要的动力来源。
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或者，地核对流也可能是由液体中的成分差异或者说化学差异来驱动的。具体而言，人们推测液态的外核是一种混合物，绝大部分是铁，还含有一些镍及少量更轻的元素比如硫。当这一团混合熔融物凝固到内核的边界上时，更轻的元素倾向于留在液体中（这是因为这些元素更容易溶解在液体中），于是液体变得更加易浮，会从底部快速上浮到外核的顶部，由此产生的对流运动就为地球发电机提供了动力。金星没有自己的磁场，可能就是因为它的表面温度要高得多，导致地幔和地核温度也都更高，内核就无法凝固起来；这种解释支持了地球发电机是由与内核结晶化相关的化学对流来驱动的观点。但地球发电机的能量来源仍然有其他可能性，到底哪一种来源占了主导地位，仍属于活跃的调查研究领域。
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但还是让我们回到地球表面，回到我们原先的地壳和大陆起源问题。任何行星的地壳通常都是由最轻的熔融物来到地表并凝固而形成。在岩浆洋时期，有些最轻的物质涌到表面，形成一层很薄的地壳，但很可能还有少量遗留了下来。从地幔（或是岩浆洋）直接上浮到地表的熔融物，多半看起来就像一摊又薄又稀的熔岩（叫作玄武岩），夏威夷熔岩或许最能代表。实际上，夏威夷是今天玄武岩如何形成的很好例子。夏威夷群岛产生于地幔上一个异常炎热的区域（并仍在成形），这样的区域叫作“热点”，应该是由上涌穿过地幔的热对流或称热柱产生，可能始于靠近炽热铁核的地幔底部。在地幔深处，上涌的物质起先是固态、未熔化的，但到靠近地表时就部分熔化了（熔化了一两成或者更多），这是因为物质在较低的压力下更容易熔化（压力的消减使其中的原子更容易运动起来），熔化了的物质抵达地表就成了玄武岩。夏威夷的热柱就带来了大量玄武岩，多到足以形成巨大的盾形火山群岛（盾形火山就是底部宽、坡度缓的大型火山）。别的类地行星看上去也有玄武岩地壳，很可能是以类似的方式形成，例如火星上的奥林匹斯山这种大型火山，看起来也像是盾形火山。
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然而地球不只是在火山生产玄武岩地壳，就像在夏威夷那样沿着海底山脉的狭长地带（叫作洋中脊，基本上像棒球的缝线那样包了地球一圈）也有大量产出。然而地球的缝线只能称得上粗制滥造，因为洋底在这些缝线地带上是撕裂的，于是玄武岩质岩浆从地幔涌出填补缺口，凝固下来就变成了大洋地壳。这个过程叫作海底扩张，是引致革命性的板块构造学说的最早观测。
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在20世纪60年代早期，美国地球物理学家哈里·赫斯（Harry Hess）就提出了海底扩张的理论，并很快为剑桥大学地球物理学家弗里德里克·瓦因（Frederick Vine）和德拉蒙德·马修斯（Drummond Matthews）的发现所认实，加拿大人劳伦斯·莫利（Lawrence Morley）也独立得到了同样的发现。海底扩张的证据在洋中脊的玄武岩质岩浆中显而易见，因为那里有岩浆凝固冷却而成的磁性矿，而这些磁性矿记录了地磁场的方向（就像放在纸上的铁屑可以显示出纸下磁棒的磁感线一样）。前面提过，由于地磁场会周期性逆转，这些逆转在海底向外扩张时就记录在了玄武岩里，就像收报机的纸带或是磁带一样（现在很少有人记得磁带了，但是U盘可没法胜任这个比喻，CD也不行）。因此，平行于洋中脊的一条条清晰可见的磁条显示着地磁场何时指南何时指北，这也就意味着海底在记录这些重大事件时正在向外运动（而且实际上还可以把这些重大事件当成时间标记，用来算出海底运动得究竟有多快）。
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绝大多数地球科学家都将海底扩张的发现视为革命性的板块构造学说的先声。从20世纪二三十年代以来，“地球的表面可以移动”这一观念已历经风霜，与之伴随的是大陆漂移假说，尽管这一假说和板块构造学说差别相当大。德国气象学家阿尔弗雷德·魏格纳（Alfred Wegener）提出的大陆漂移说声称，大陆像冰山一样四处移动，费力穿过大洋地壳（后来被证明没有可能）；而板块构造学说则宣称，整个地球表面分为多块巨大的拼图，彼此相对运动，嵌在各块拼图上的大陆也随之一起加入了旅程。这些拼图就被叫作地壳构造的板块，主要的有12块，比如最大的太平洋板块，以及大把小板块。无数科学家为充实板块构造学说的现代理论做出了自己的贡献，但最早彼此独立地提出板块运动的数学模型的人，是剑桥大学的丹·麦肯齐（Dan Mckenzie）以及普林斯顿大学的杰森·摩根（Jason Morgan）。即便如此，地球为什么会有板块构造（而别的类地行星就我们所知并没有），板块构造又是如何形成的，都仍然是最大的谜题，需要更多深入研究。
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全球板块构造图地质构造板块像拼图一样拆分了地球表层的岩石层，每一板块都在相对其他板块运动。主要板块的名称已如上图所示，部分较大板块上标注的箭头则显示了它的运动方向。板块间的相对运动展示出了板块边界的不同类型，包括张裂型（可参考欧亚板块和北美洲板块之间正在扩张的洋中脊）、聚合型（例如印度板块和欧亚板块之间的碰撞，形成了喜马拉雅山脉）以及错动型（例如位于美国西海岸的圣安德烈斯断层，位于太平洋板块和北美洲板块之间）。在板块聚合的“俯冲带”，更老、更冷的板块沉入下方的地幔并使地幔变凉，这是地幔对流的形式之一。（图片由Paul Wessel授权使用。）
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地质构造板块就像是大片大片较冷的岩石，最厚可达100千米，但边缘并不牢固，而且在不停滑动（这是从地质学时间尺度来看；就人类时间尺度而言，这样的滑动导致了地震），板块之间于是有了相对运动。就像刚才说的，在某些地方这些板块互相分离，于是那里的海底就扩张了。板块在某处分离的另一面就是，在另一处就必得相互聚拢。事实也的确如此，这样的区域就叫作俯冲带（或消减带）。具体来说，板块在它的某条边缘与别的板块分开，通常就会在对边将自己推向第三板块并潜入其下方。像这样一板块下潜沉入另一板块下方的过程就叫作俯冲。大洋深处的海沟非常充分地展现了俯冲带，比如超级深的马里亚纳海沟，那里的海底就正被下沉的重量往下拉。这整个运动都并非随机，被认为是地幔对流在地表的体现。具体解释就是，板块俯冲是因为随着移动，它的构成物质离开了创造地——炽热的扩张中心——从而冷却了，最终变得又冷又重，于是能沉入缓慢流动的地幔，并使地幔也变冷。因此，俯冲就相当于对流中一股又冷又重的沉降流。
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地球物理学家（比如在下）认为俯冲不只是地幔对流的表现，同时也是板块运动的主要驱动力。板块因冷而下沉的部分叫作俯冲块，它通过对流使地幔冷却的同时，也会拉动板块上位于它后面的部分。支持上述理论的主要观测证据就是，边缘有明显俯冲带的板块同时也是运动最快的板块；而大量几乎没有俯冲带的板块，速度就要慢得多，很可能只是在被那些下沉板块挤来挤去。太平洋板块，再说一次，这是最大的板块，它的边缘富集了地球上大部分的俯冲带，运动也非常快，1年接近10厘米。
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俯冲带也是最剧烈、最有破坏性的地震和火山爆发的地方。地震也发生在洋中脊，但力度很小。地球上几乎全部熔岩都在洋中脊生成，但这里的熔岩很稀软，容易流动。在板块既不分离扩张也不碰撞而只是相互滑动的地方，比如圣安德烈斯断层和安那托利亚断层，地震堪称大型但谈不上剧烈，火山活动也极少见，因为这种运动并不会把炽热的地幔岩石带到地表。而在俯冲带，俯冲板块抠住了上冲板块（overriding plate）的边缘往下拉，让它像弓一样弯了起来。到板块间的摩擦力不再能抗衡“弯弓”中巨大的张力时，上冲板块就会像一触即发的弓那样“啪”一声弹回去，释放出剧烈的地震，并常常伴有海啸。
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尽管俯冲带是板块因冷而下沉的地方，这里倒有很剧烈的火山爆发，那是什么促使熔化的岩石在此上涌、形成火山的呢？要想了解绝大部分大陆地壳从何而来，这里的火山产物也是关键。实际上就我们所知，别的行星全都没有板块构造，也没有像我们地球这样的大陆地壳。
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俯冲带的岩石熔化比洋中脊处的熔化或是像夏威夷那样的热点区域的熔化，要复杂一点。不过，在任何情况下，熔化都不是因为岩石变得更热了（熔化冰或者蜡时你通常会想到的那种加热方式）。在洋中脊和热点区域，地幔岩石的熔化是由于所受压力变小，因此熔化变得更容易了；而在俯冲带，熔化是由于水的存在而更容易。进入俯冲带的地质板块通常之前已经在水下淹了数千万年甚至上亿年，当洋中脊的熔岩喷出来时，就会与水反应变成含水矿物（就是化学组成里有水或者说氢的岩石），例如角闪石和蛇纹石。从大陆上冲刷下来的沉积物（诚然这时候沉积物还没有成形）沉淀到海洋底部，同样也会得到水的成分（以及碳，我们稍后再来说它）。等到板块到达俯冲带，大量的薄地壳中都有含水矿物，其中很多都被俯冲带连同板块别的部分吞了下去（尽管也有许多沉积物被刮掉了，留在身后的地表上渐渐堆积）。一旦含水矿物在地幔中积累到一定的厚度（100千米左右），它的温度和压力就会变得太大，无法继续保持含水状态，而会将水释放出来——实际上就是里面的水被烧出来了。这些水接着渗漏到俯冲板块顶部，再渗入紧邻着的更热的地幔岩石，于是地幔岩石就也变成水合物了。水合地幔岩石比不含水的岩石更容易熔化（氢弱化了矿物内部的黏合力），所以就算它旁边冷而下沉的板块温度“有限”，对变湿了的地幔来说也足够热到熔化了。因此这虽然不是特别热的地幔熔化，但仍然会向地表上升。这样的熔融物本身跟稀软的玄武岩质岩浆很像，只是比夏威夷熔岩冷一些。这样当它撞到地表附近的地壳时，就会把地壳上最容易熔化的地方熔掉（也就是能被“又冷又湿”的熔融物熔化掉的地方）。这种易于熔化的岩石往往富含硅（硅—氧分子也就是硅酸盐），熔化后就与地壳的余下部分分离开来。硅含量最高的岩石是花岗岩，也是这种“冷”熔化的典型产物。
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发生在早期地球上最初的俯冲带熔化，可能从当时还很薄的大洋地壳中只造出了极少量的花岗岩。就算今天，大洋地壳中的这种熔化也造不出很多花岗岩（或是接近花岗岩的岩石），倒是在海沟附近形成的岛弧火山（像是在加勒比海群岛和阿留申群岛那样）会有大量原始的玄武岩质岩浆从地幔中泄漏。（用“弧”[arc]这个术语，是因为俯冲带的形状就像圆的一段。）但是，更多花岗岩在由地壳持续的熔化、再熔化源源不断地制造出来，同时由于花岗岩很轻，不会沉入地幔，所以会在俯冲带附近积累起来，就像浴缸排水口上的漂浮玩具一样。这样一来，花岗岩会在地壳上逐渐堆积得越来越厚，最后就变成了大陆地壳。此外，大陆下面的俯冲活动还在向大陆地壳输送含水的地幔熔融物，使更多富硅岩石熔化和分离，继续产生更多花岗岩。虽然这些富硅岩浆更容易熔化，但同时也非常厚，像块面糊（尽管没那么浓），所以很难移动。富硅岩浆也保留了自己的气泡（基本都由一开始导致地幔熔化的水形成），这些气泡是在岩浆上升、压力变小时从岩浆中析出的（就像你打开汽水瓶盖时会发生的情形一样）。因此，由这种岩浆形成的火山（典型的陆弧火山），通常都更高更陡峭（既然更厚、更像面糊的岩浆在铺开前可以堆积更多），同时在爆发前也积聚了更多气体压力，所以最后的火山爆发也就剧烈得多。但是，不论有没有火山爆发，地球上的陆地都是俯冲带的“湿熔”（wet-melting）过程造就的。
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经由地幔慢慢地、一再地熔化和分离出硅以及花岗岩矿物，地球上堆积出了陆地，这整个过程用了20亿年左右。但是，就算大陆有时已经积聚成了厚实的地壳巨轮（变成了超级大陆），也还是会被板块运动周期性地碎裂，拆成正常陆地规模的碎片，然后过好几亿年，又会慢慢回来再聚首。超级大陆的这个堆积—碎裂循环，叫作威尔逊旋回（以加拿大地质学家威尔逊［J. Tuzo Wilson］命名）。最近的超级大陆叫盘古大陆，大约在2亿年前开始碎裂，人们认为主要是由于这一碎裂，才沿着大西洋洋中脊（扩张中心之一）开启了大西洋，这也解释了为什么美洲东岸看上去跟欧洲及非洲的西岸互补。
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要造就我们的陆地得有两个条件：板块构造和液态水——要有大量的水来浸泡海底矿物并形成水合物。这两个特点都是地球独有的，而且很可能两个条件互相依赖。在接下来的两章中我们会看到，板块构造和液态水两者很可能是地球气候在长时间里（地质时间尺度上）保持稳定的必要条件，气候稳定又反过来保证了地球表面温度足够温和，能允许大量液态水存在。同样的，板块构造很可能需要有水或至少是较为凉爽的气候才能持续。因此，板块构造、液态水以及温度适中的气候三者很可能都彼此需要，相互依赖。
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板块构造为何需要有水或是凉爽气候，这仍然是富有争议的活跃话题。例如，滑溜溜的沉积物和水合物在俯冲带熔化，这可能润滑了俯冲过程并使之持续；而地球较凉爽的温度也可能有助于使地质板块边缘保持薄弱、受损、溜滑的状态。实际上，要靠水一路穿过厚实的板块来润滑全部板块边界恐怕极为困难，有的板块厚达100千米左右，要把水加压到能挤进这样的深度还挺难的。因此，超过这种深度就必得有别的什么来让板块边缘保持薄弱。在这种深度、靠近“快速”变形的板块边界上自然裸露出来的岩石，通常都有些不同寻常的特点，比如岩石会由尺寸极小的矿石或者说颗粒组成，这样的岩石就叫糜棱岩。这些极细小的颗粒可能有助于岩石变软、保持板块边界润滑；反过来，颗粒也因为滑动的板块边界上岩石的研磨和缓慢受损而变得更为细小。这些效应共同导致了自软化反馈进程（self-softening feedback），使板块边界得以生长和存续。然而，要是只考虑矿石颗粒本身，它也会缓慢增长（跟泡沫里气泡的增长有点像），于是岩石会趋向于弥合，变得坚固结实。这种弥合在高温下发生得更快。所以，地球表面的凉爽温度可能不只是足够保证液态海洋的存在，同时还得能阻止深处磨损的板块边界弥合。比如金星，它的表面温度比地球高得多，岩石的弥合可能更快，磨损更弱，因此板块边界难以存续，这可能解释了为什么我们的姊妹行星看上去没有板块结构。不过，以言无不尽的名义我得告诉大家，这个关于板块构造起源的“磨损—弥合”假说，是我自己在科研上的浅见。
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要是板块构造、液态海洋（以及温和气候）相互依赖，就会将我们引入恼火的“鸡生蛋蛋生鸡”问题：到底哪个先出现？在地球科学领域，这是一个价值数十亿美元的问题（这是个大问题，所以耗资甚巨，不过还没有大爆炸那么极尽奢华，那可花了几万亿美元）。要得出答案，我们恐怕得先知道板块构造和液态海洋都是何时（或如何）出现的。目前已有些眉目，但其实离确定性的线索都还差得远呢。
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过去的这10年，发现了古老而小巧的锆石（一种晶体）的矿藏。它来自44亿年前，几乎只出现在澳大利亚一个叫作杰克山区（Jack Hills）的地方。这种锆石似乎形成于花岗岩中，而绝大部分花岗岩都是含水岩石熔化后的最终产物，因此锆石的现身意味着液态水和俯冲活动（以及类似板块构造的东西）甚至早在44亿年前就出现了。但由此还不能断定哪个必定先来，很可能二者是同时的。实际上，如果二者并非同时出现，那很可能谁都不会出现。不过，尽管十分罕见，花岗岩也还是有可能以别的方式形成，比如往岩石上一遍遍地浇洒夏威夷型熔岩，让岩石一再熔化。所以关于板块构造和液态水的先来后到问题，目前还远远无法解答。不过在接下来的两章，我们还可以就此探索得更深入一些。
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对于我们栖居其上的陆地的形成过程，我们已经了解了地球内部看起来是什么样子，以及它如何运动。在这过程中，我们指出了除拥有月球之外，地球的另两个主要奇特之处：首先，尽管所有类地行星都可能有以某种形式进行热对流的地幔，但只有地球的地幔对流表现出板块构造，这不仅带来了破坏性地震和火山爆发，而且既将地幔岩石以岩浆的形式带到地球表面，又将地表物质比如水和二氧化碳（我们马上就会详细展开）拽回地幔深处。就我们所知，别的类地行星对流时都仅有单向的物质输送，也就是通过大型火山把岩浆喷洒到地表；其次，地球有非常强的磁场，别的类地行星则都没有，至少跟我们的不一样（富有争议的水星算是例外）。地磁场强大到能向外延展超出大气层外层，而令人惊奇的是，仅仅由我们行星中心的天然液态铁核发电机就驱动了这个磁场。地球与金星相比，二者的内部深处和块头都没有什么显著差别，在大小上也几乎一样。然而，或者是因为它们相对太阳的轨道位置不同，或者是因为一个经历了月球成形碰撞而另一个未曾经历，地球和金星从此分道扬镳，最终，只有其中之一形成了磁场、板块构造、液态水，以及生命。
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起
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