占地球半徑一半以上的地幔，是地球本身最大的圈層。三維空間里的地幔環流，雖然速度緩慢，卻是在長時間尺度上地球系統變化的決定因素。板塊“飄移”，無非是地幔環流的表層現象；板塊俯沖，也只是環流中的一段。由于地幔環流的緩慢性質，對表層系統的影響動輒會有數百、數千萬年的遲到效應，比如俯沖下去的板塊并不迅速消失，還會在長時期里影響地面的構造運動。岡瓦納大陸早已瓦解消散，而當年岡瓦納——太平洋邊緣俯沖下去的板塊，白堊紀時處于澳大利亞的下方，造成當時澳洲大陸的升降與全球趨勢相反；而早年處于岡瓦納大陸中心的南非一帶，至今還處在隆升狀態。已經從地球表面消失的板塊“陰魂不散”，通過重力場仍然影響著現代升降運動，這是應用高分辨率地震層析成像技術后的發現，也是大陸動力學研究的重點之一。

　　即便是離我們最遠的地核，也通過地磁場影響著地球表層�，F在的地核分固態的內核與液態的外核兩部分，外核內的對流正是產生地磁場的原因，即所謂“地核發電機（Geodynamo）”。迄今為止，人類只能通過地球物理的手段結合試驗模擬來認識地核，知道無論外核內部，或是核幔界面和內外核界面，都存在著物質對流，內核還以每年一毫米的速度在增大；地核引起的地磁場強度，也不斷地發生變化。由于地磁場是太陽風和低頻宇宙射線的屏障，因而地核的變化對于空間氣候有著重要影響。對地球表層環境至關重要的，是萬年至百萬年尺度上的磁極倒轉和漂移。近來已經證明地磁場在轉換期間減弱,如果失去地磁場對宇宙射線的屏蔽，就有可能造成生物的絕滅。但是迄今為止無論是磁極轉換的原因，還是轉換的環境后果，依然屬于學術上的“懸案”。地球深部的研究，比表層更為困難。

　　總之，地球系統科學決不能局限于表層系統，在長時間尺度上尤其如此。正是在表層與深部的結合上，醞釀著新的突破。除深部之外，地球低層大氣之外的日地空間也有類似的情況。原先不在視域之內的磁層、電離層和中高層大氣，隨著人類社會空間與通信技術的發展都變得與我們休戚相關，已經成為地球系統中不容忽略的部分。

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