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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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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 [:1701069956]
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万物起源：从宇宙大爆炸到文明的兴起 第五章 海洋与大气层
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地球表面有一层由大气和液态水组成的稀薄包围圈。而据我们所知，生命的构建物质几乎都来自这个包围圈。我们是碳基生命，身体的大部分是水，完全依赖植物将二氧化碳和水转化为糖分。但对生命来说可不是只有糖就够了（嗯，你要是最喜欢糖那又另当别论），稍后我们再来细说。还是先想一想，这个大气与水的包围圈是怎么来的？原始太阳燃烧时，会使内太阳系维持足够的高温，让前太阳气体圆盘无法凝结出液态水（参见第三章）。对我们太阳系的类地行星来说，行星上的大气层（幸运的话还有海洋）的命运，在那时就已经注定了。在雪线之外的外太阳系，保存了大量的冰、液体和气体，比如氢气以及由氢生成的各种产物（像是水、甲烷、氨气等等）；而留给内太阳系的启动投资，却只是大量的岩石，没有多少气体。然而，今天的金星有很厚实的大气层，地球的也够大，火星的虽然薄倒也相当显眼（无可否认，水星没什么大气可以说道），这些类地行星的大气层都是从哪里来的呢？
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关于这个有强烈争议的话题，说得好听点就是，有两个思想流派。理论之一叫作“后期薄层假说”（Late Veneer hypothesis），主张地球和其他类地行星的表面被蜂拥而至的小行星猛烈群殴，这发生在大约40亿年前的晚期重轰击期（Late Heavy Bombardment），当时小行星们从外太阳系盘旋而入。这个过程很可能是由巨行星向外迁移引发（第三章已详细论述），或许还清理掉了表层的任何大气层。现存大气和海洋的原材料只可能是在这样的毁灭性事件之后抵达地球，也就是由彗星从外太阳系带来的冰、二氧化碳，以及其他“挥发性”（也就是很容易气化掉）的物质。（第三章讲过，太阳系有彗星的两大仓库，即紧邻木星轨道之外的柯伊伯带和远离太阳系主体的奥尔特云。）所以，大气层的“薄层”是“后期”才给地球装上的，懂这意思了吧。
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另一思想流派则主张，大气和海洋原本就藏在行星内部，这个理论的名字就没那么性感了，只是叫作“内源说”（ Endogenous Origin），意思是大气来自行星里边。（所以后期薄层假说其实也可以叫“外源说”。）在讨论大陆地壳时我们已经知道，水可以作为水合矿物结合在地表岩石中，同样的，二氧化碳也可以作为碳酸盐结合在岩石里（碳酸盐的常见形态有石灰岩和白垩岩）。地幔中的岩石也几乎都能与水和二氧化碳结合成各种各样的水合物或是碳酸盐，只是数量都极小；这些岩石吸收挥发性物质最多也只占到质量的1%。不过，要给我们行星一个海洋，地幔岩石并不需要吸收很多水：地球全部海洋加起来，只占地幔质量的0.03%左右，大气层的质量就更加微不足道了；甚至把数倍于地球海洋总量的水塞进地幔里，都没法打湿地幔所有的岩石（可能就稍微受点潮）。小行星和星子上的岩石形成了我们的地球，这些岩石的水及碳酸盐含量甚至只要适中，就能在地球成长期时把上述成分深埋到地球内部，于是地幔就能存有足量的水和二氧化碳，最后出出汗就有海洋和大气层了。
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但如果水和二氧化碳曾埋在地球内部那么深的地方，它们又是如何跑出来的呢？首先，要是的确有过岩浆洋（这个假设很能说得通），它在结晶时可能就释放了极大量的挥发性气体，比如水和二氧化碳。我们可以假设，初始岩浆洋里存有建造行星的原始材料（像是球粒陨石）里的挥发性物质。如果整个岩浆洋不管因为什么一次性全部凝固，这些挥发性物质就会仍然溶解在最终的固体地幔里，浓度很低但扩散成很大的体积。不过，由于岩浆洋是几种成分的混合物，其中一些比另一些更容易凝固，所以不可能一次性全部凝固。因此，在这过程中，更难凝固的液态部分就会保有越来越多的水和二氧化碳，这是因为挥发性物质在液体中比在结晶的固体中溶解起来要容易得多。（绝大部分化学物质在液体中都比在固体中更容易溶解，一个很好的例子就是，在溶解盐分方面水比冰高效得多，就算是海冰都几乎不含盐分。）到岩浆洋全部凝固时，最后剩下的那摊熔融残渣的挥发性物质含量极为丰富。有些这样的熔融物很轻，于是升往地球表面；而更深处、受更大压力的熔融物会很沉，便下沉形成了基部岩浆洋（参见第四章）。漂浮的液体上升到更浅的位置，压力变小，溶解挥发性物质的能力也降低了，于是就将这些物质释放出来（这就是为什么你打开汽水瓶盖释放压力之后汽水会嘶嘶冒泡——二氧化碳突然变得不能溶解了，就变成了气泡）。而这些液体的最终凝固，会释放出几乎全部残余的挥发性物质。总之，从正在凝固的岩浆洋中最后上浮的熔融物，先是囤积，然后又放走了大量的水和二氧化碳，将这些物质以气体形式释放到地球表面，从地质学角度而言，很可能速度极快。
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尽管可能岩浆洋的凝固过程就释放出了大部分早期的水和二氧化碳大气层，但地幔即使变成固体之后也还是会慢慢释放气体和水。所以，就算没有岩浆洋，地幔仍然可以渗漏出早期大气层，只是要点滴积累。就像我们前面讲过的，固态地幔在缓缓对流，当炽热的岩石上升到接近地表的位置时，所受压力变小，就更容易熔化（虽然只是部分熔化，可能10%左右）；熔化了的部分被弃置地表，形成地壳，基本都是大洋地壳。前面说到，熔融物刚形成时，比固态岩石更容易溶解挥发性物质如水和二氧化碳，因此，当地幔熔化时，溶解在岩石里的水和二氧化碳就会争先恐后地（可以说是）“冲进”熔融物中，将其填满。而等到熔融物向地表上升时，压力变小，便（像打开汽水瓶盖一样）开始释放气体。在上升的岩浆中快速释放的水和二氧化碳，正是火山爆发的成因。随后当岩浆在地表或接近地表的位置凝固时，对气体的溶解能力就更差了，剩下的气体于是几乎全都释放了出来。最重要的一点就是，少量熔化的固态地幔吸取了这些气体，并完全只靠着各种形式的火山作用（从剧烈的火山爆发到平静的深海扩张中心）将这些气体输送到地表。最后要说的是，不管是岩浆洋凝固还是火山作用，要从巨大的地幔中提取挥发性物质造出海洋和大气层，所需熔融物的量都并不多。
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内源说和外源说究竟哪一个才是对的呢？在自然科学中，很少会有明确的“非此即彼”的答案，最好的答案可能是，水和其他挥发性物质的两种输送方式可能都发生过。哪种形式的输送更加重要，可能才是更为恰当的问题。外源说也就是“后期薄层假说”的主要争议之一是，彗星的化学特征（可以通过彗星映射的光谱用望远镜观测到，极少数情况下也可以由太空探测器直接测量）与地球海洋的化学特征并不一致：最明显的特征是重氢也就是氘（原子核中含有中子质子各一）的数量，与普通氢（原子核中只有1个质子）的数量之比，在彗星上这个比例往往明显高于地球（也就是彗星上有更多氘）。不过，彗星的这个比例范围非常宽泛，并且与地球的稍稍重叠，因此这个证据还不完全算是铁证如山。但是其他类似的比例，比如氮的同位素之间的比例，就更显出彗星与地球的不同了。反过来讲，来自小行星带的陨石（也就是球粒陨石）的化学特征和同位素特征，与地球的却很容易重叠。因此，同位素方面的证据就主要表明，海洋和大气并不是很晚才从外太空来到地球，而基本是在球粒陨石积聚成地球时，就从地球内部输送形成了。此外，有观点认为后期重轰炸可能把直到大约40亿年前（甚至更晚一些）的大气层一扫而空了，后期薄层假说就是基于这个观点。但前面提到的澳大利亚锆石表明，液态水出现在地表的时间要比40亿年前还早，尽管那时环境炎热，情势恶劣。
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综合迄今所有的证据可以得出，类地行星大气层基本上来自我们的岩石行星内部岩浆洋的凝固、之后的火山活动，又或是两者共同作用而形成的。在这种情况下，地球最早的大气层就跟今天一点儿都不像；如果那时的大气层绝大部分都是火山气体，那就主要是二氧化碳和水。
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二氧化碳和水都是强效的温室气体，这种气体允许太阳的可见光进入，地面由此变暖，而地面以红外辐射形式散发的热量则又会被它吸收保存，因此温室气体就像毯子一样让地表保持温暖。当时地球大气层含有大量二氧化碳和水，可以保存相当多的热量，于是变得极热，地表温度可能高达200至300摄氏度，这与我们现今凉爽的表面温度（平均只有15摄氏度左右）截然不同。金星的大小和组成都与地球相似，可能也有过相似的大气组成，但金星离太阳比我们更近一点，会有更强烈的温室效应，气温甚至更高。实际上，金星目前仍然接近这个状态，表面温度近500摄氏度。起初，地球和金星的大气中二氧化碳含量十分相近，可能水的含量也是。直到今天，金星的二氧化碳绝大部分都仍保存在它厚重的大气层中，表面气压是地球的90倍。（要得到相当于地球表面90倍的气压，我们得潜到1000米左右的水下才行，这是只有潜水艇才能抵达的深度。）地球大气层当时很可能也有这么多的二氧化碳，至少也是今天的60倍，然而，地球和金星如今的结局却是大相径庭。
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