如果放眼歷史，從分子和化學的高度，來考察生命演化及其與地圈的關系，“柳暗花明”的感覺更加鮮明。推測生命起源于還原環境下高溫的熱液口，而生命的出現就必然改變地球上的地球化學作用，開始了生物圈與地圈協同演化的歷程。生物圈改造著大氣成分，而改變了的大氣又要求生物做出響應，因此光合作用演化和固氮作用演化，都是地球系統研究的重要內容。生物圈與地圈協同演化如此密切的關系，令學術界驚嘆不已，因而提出了“蓋婭”假說，認為地球猶如有機體能夠自我調節，提倡研究“地球生理學”。

　　地球深部與表層系統的結合

　　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。

　　人類生活在地球表層，首先關心和比較了解的都只是表層。但是“由表及里”是認識的規律，近年來越來越多的證據表明地球表層看到的現象，根子在深部；缺了深部，地球系統就無法理解，越是大范圍、長尺度，越是如此。

　　水循環和碳循環是貫穿地球表層系統的“紅線”，其實兩者都深入到地球內部。只是在地球深部循環的速度比在表層系統中慢得多，往往不被注意；而在百萬年以上的長時間尺度里，地球系統碳循環的主角就是地幔和地殼。造山作用使巖石圈抬升并遭受剝蝕，巖石圈主要成分硅酸鹽的化學風化相應加劇，消耗大氣中的CO2；巖石圈隨板塊俯沖到地幔深處，在高溫高壓下發生變質作用放出CO2，通過火山活動又回到大氣。這種巖石圈和大氣間的碳循環周期，長達千萬年以上，但這類深部成因的溫室氣體可以對地球表層系統產生重大的氣候效應。

　　地球深部的水循環，是近年來研究的熱點。最直觀的是大洋中脊的熱液系統：海水沿著海底的裂隙下滲，到四五千米深處與熔巖接觸，升溫到三四百度后重返海底，將深部物質與能量帶到表層，造成特殊的成礦作用和生命系統。在俯沖帶，大洋板塊帶著水下沉到地幔深處。實驗表明，玄武巖和安山巖的大洋殼可以含1-2%的水，深入到俯沖帶200公里以下。地質歷史上帶入地幔的水,可能相當于現在大洋海水總量的四分之一�？v觀地球史，最早形成地球的物質中有2%的重量是水，而今天表層系統中的水只占地球重量的0.02%,除去逸失者外，其余應當留在地球的深部。據估計，下地幔中儲存的水就相當于全大洋總量的五十倍之多。如此說不謬，我們對整個地球“水圈”的認識，還差一兩個數量級！

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