任何热物体都会以红外辐射的形式向较冷的环境辐射热量，这种辐射以每秒英里的速度在真空中传播。这种常见的能量形式，在你放松下来晒太阳时非常明显，其性质与可见光的波动相似（尽管热辐射的波长稍长）。
或许最明显的红外能量来源就是太阳，它让地球沐浴在红外辐射中，这些辐射用了大概8.3分钟穿过真空到达地球。另一个常见的例子是电暖气、壁炉里的火和一种老式热水散热器。每一个较热的物体都会向较冷的环境辐射热量你的身体也不例外。
这就是为什么一个拥挤的礼堂会变得非常热，每个人都像一百瓦的灯泡一样散发着热量，要是戴上一副夜视镜，就很容易证实这一点，它能使发出红外线的人和其他动物在黑暗中看起来像发光一样。
无论是传导、对流还是辐射，传热速率都取决于较热物体和较冷物体之间的温度差。温差越大，传导越快，对流越剧烈，辐射也就越强烈。地球是一个温暖的星球，它在冰冷的太空中绕着太阳运行，一直将热量辐射到太空中。但是，炽热的后忒伊亚时代的地球以一种现代地球无可匹敌的速度，将其多余的热能送入太空。它在黑暗的太空中发着光。
由于地球在太空中巨大的热损失，形成岩石地壳是不可避免的结果。在某个地方，很可能是在地球上潮汐压力较小的两极附近，熔融的表面冷却到了足以形成最早的晶体的温度，但冷却和结晶绝非易事。
许多日常物质都在特定温度之下由冷却的液体变成固体，这温度就是我们熟悉的凝固点。液态水在32华氏度（0摄氏度）结冰，汞金属在-38华氏度（-38.87摄氏度）凝固，而乙醇（常见的酒精）则在-华氏度（-.3摄氏度）凝固。
但岩浆就不一样了，岩浆的奇怪之处在于，它没有凝固点（尽管对超过华氏度的岩浆来说，说它具有“凝固点”听起来有点矛盾的意味）。让我们从45亿年前忒伊亚刚刚形成时说起吧，那时地球和月球在华氏度的环境下共享一个发光的硅酸盐蒸气的大气。
随着温度降到华氏度、华氏度，然后是华氏度，那种地狱一样的岩石气体迅速冷却，最终凝结成液滴，岩浆像下雨一样落在这个新的孪生世界里。就在那时，最早的晶体开始形成。这些关于地球第一批岩石的故事是实验岩石学家的科研领域，他们设计了新的实验室技术，加热并挤压岩石，模拟地球深处的环境。
探索岩石起源面临两项技术挑战。首先，你需要控制难以想象的数千度高温，那比你家里的任何烤箱或炉子都要热得多。为了达到这一点，科学家将铂丝加工成线圈，线圈的间隔经过精心设计，通过线圈输送巨大的电流来达到极端温度。更具挑战性的是，在样品受到比大气压高出几万或几十万倍的巨大压力的同时，必须维持这种高温。
为了完成这项艰巨的任务，研究人员采购了大型液压缸和巨大坚固的压力机。一个多世纪以来，卡内基研究所的地球物理实验室，也就是我的科学“大本营”，一直是勇于探索地球深层真相的科学中心。
在小哈滕·S.约德（HattenS.Yoder，Jr.）医院离世前，我曾有机会和他短暂地共事过一段时间，他是实验岩石学的先驱之一，也是世界上研究玄武岩起源的顶级专家。约德身材高大，充满活力，热情且专注，他是这一领域的杰出代表。作为“二战”中的海军军官，他对巨大的金属硬件非常了解。
20世纪50年代，他加入了地球物理实验室，利用海军多余的炮筒和装甲板建造了高压实验室，这些部件仍然被喷成了战舰的灰色。高压实验室不仅塑造了他半个世纪的职业生涯，也塑造了我们对脚下地面的理解。约德装置的核心部件是一枚“炸弹”，那是一个直径1英尺、长20英寸的巨大钢瓶，上面有一个直径1英寸的小孔。
炸弹的一端连着一串气泵、压缩机和增强器，能够产生1.2万个大气压的惊人压力，这种压力相当于地表25英里以下位置的压力，如果仪器出现灾难性的故障，它包含的能量相当于一根炸药的爆炸力。
炸弹的另一个开口端会放上1英尺长的岩石样本堆，以及一个直径6英寸的大六角螺母。我们会用一把3英尺长、20磅重的扳手拧紧螺母，把装置密封起来。
哈滕·约德这个仪器的优点在于，我们可以把粉末状的岩石和矿物样品装进小金管中，把这些管子装进圆柱形的加热器里，然后把整个装置固定在炸弹的压力舱内。加压，打开电加热器，接着炸弹完成所有的工作。
每一次实验最多会用6个小金管，每次运行几分钟到几天不等。哈滕·约德非凡的发明非常适合研究地壳和上地幔中岩石是如何演化的。哈滕·约德和他的同事发现，富含六大元素的炽热的熔体通常会在温度低于华氏度时开始凝固，形成硅酸镁橄榄石晶体。
在地球和月球上，在很久以前的冷却期，美丽的绿色小晶体开始在岩浆中生长，形成微小的晶种，并不断生长到弹珠、豌豆和葡萄的大小。但是橄榄石的密度通常比它所在的液体密度要大，所以第一批晶体开始下沉。
随着晶体越来越大，它们下沉的速度也越来越快，在深处累积了巨大的质量。这些质量来自几乎纯粹的晶体，而这些晶体形成了令人惊叹的绿色岩石，称为纯橄榄岩。今天在地球上这种岩石相对罕见，只有在特殊情况下才会出现在地表上——隆升和侵蚀的造山运动，会将这种在地球深处形成的独特致密的橄榄石堆积岩暴露出来。
橄榄石晶体不断下沉，逐渐改变了地球和月球内部冷却的岩浆。剩余的热熔体也改变了成分。当镁逐渐耗尽时，热熔体相应地变得更富集钙和铝。在月球上，当岩浆海洋继续冷却时，第二种矿物开始形成。一种由钙铝硅酸盐构成的长石叫钙长石，它开始与橄榄石一同结晶，形成白色的块。
与橄榄石不同，钙长石的密度低于它所处的液体的密度，所以它会漂上去。在月球上，大量钙长石突然出现在岩浆海洋的表面，形成一个巨大的壳，这个壳由漂浮的长石山脉构成，它高出熔融的表面可达4英里。这些灰白色的物质被称为月球高地，占据了月球65%的反光的银色表面。
它们直接从岩浆海洋中升起，是月球上已知最古老的岩层。“阿波罗号”带回的样本揭示了这些独特的钙长石古老年代的范围，从39亿年一直到45亿年左右，也就是大撞击发生后不久。在地球上，由于成分更湿润，岩浆海洋更深，拥有更大的内部温度和压力，故事的展开就有了些许不同。
在地球历史早期的近地表、低压环境中，可能有少量的钙长石结晶，但那是一种很次要的矿物。相反，富含镁的辉石大量出现，成为最常见的链状硅酸盐矿物，它们与橄榄石混合在厚厚的晶体泥浆中。
因此，地球上最早的岩石主要以一种坚硬的墨绿色岩石中的橄榄石和辉石为特征，这种墨绿色岩石被称为橄榄岩。各种各样的橄榄岩开始在地球靠外的50英里范围内结晶，这个过程可能始于45亿年前，并持续了数亿年。
尽管橄榄岩很早就大量存在，但在今天的地表中它是相对稀有的。一个有说服力的设想是，大量橄榄岩变硬冷却，形成了地球最初短暂的刚性表面。但就像它的纯橄榄岩前身一样，冷却的橄榄岩的密度比热的岩浆海洋的密度要大得多。橄榄岩表面因此破裂、弯曲，并沉入地幔，移动上来的岩浆则冷却形成更多的橄榄岩。
在数亿年的时间里，地幔缓慢地凝固，形成了一种橄榄岩的传送带，这条传送带在地球靠外的50英里范围内运行。致密的固体橄榄岩与岩浆的比例增大，直到大部分上地幔变成固体的橄榄岩-辉石岩岩石层。
在地幔深处，地壳以下50~英里的范围内，冷却和结晶过程一定也以类似的方式进行，尽管速度要慢得多。这一过程的细节仍不确定——下一代的高压高温设备必须有能力厘清复杂的过程——但就像在更接近地球表面的环境中那样，通过下沉和漂浮，将晶体从熔体中分离出来或许起到了重要作用。我们对这些隐蔽的深层区域的了解，大部分来自地震学。
地震学研究的是声波在地球深部的传播。地球像铃铛一样不断地发出响声，汹涌的潮汐、轰隆的卡车和大大小小的地震，都会使地球震动，并传播地震波。就像陡峭峡谷中的声波一样，地震波撞击到表面时也会产生回声。地震波表明，地球内部是一个复杂的层状结构。