在最基本的结构层次上，地球有三层，表面是一层薄薄的、低密度的地壳，中间夹着一层厚厚的、高密度的地幔，中心则是一层更厚的、极为致密的金属核。在这三个区域中，每一个又包含了更多的层次。例如，地幔被划分为三个亚层，分别是上地幔、过渡带和下地幔。
以橄榄岩为主的上地幔向下延伸约英里，在这个深度下，压力迫使橄榄岩中的原子堆积成一种更致密的硅酸盐晶体形式，叫作瓦兹利石，它是地幔过渡带中的主要矿物。下地幔则要再向下延伸约英里，其特征是富集了一种更为致密的镁硅酸盐矿物。
下地幔中的压力非常高，是表面压力的数十万倍，因此硅氧键采用了一种更密集、更有效的原子排列方式，称为钙钛矿。地震研究记录了这些在矿物学上具有差异性的地幔层的性质和范围，大体来说，从一片区域到另一片区域的过渡是齐整和清晰的。
这些过渡的确切深度在不同的地方略有差异，比如，在大陆和海洋之下深度就有不同，但每个边界看起来都相对平滑和清晰。与之形成对比的是，地震学提供了一些诱人的证据，表明核幔边界是一个特别复杂的区域，与清晰的地幔内部的过渡大不一样。在相当近似的情况下，核幔边界产生了预期中的强烈回声。
事实上，硅酸盐地幔和金属核之间的密度反差太大了，以至于形成了一个清晰的物理边界，就像空气和水之间的边界那样明晰，从地球深部产生了最强的反射地震信号。一个多世纪前，这个边界是地震学家最早发现的地球深部的隐蔽特征之一。
一个完全光滑的、规则的边界会产生清晰的、聚焦的地震反射，这种回声响应在地震仪上被标记成一个独特的尖峰。但从核幔边界反射的地震信号往往很杂乱、模糊且支离破碎。下面还有一些多余的结构，像不规则的块状物或成堆的碎片。
地球物理学家并不总是擅长使用最吸引人的术语，他们把这个块状的混沌带称为D（D加上两撇）层。（天体物理学家创造了诸如棕矮星、红巨星、暗能量和黑洞等富有想象力的术语，他们在科学命名的游戏中可以说相当成功。）这种深层的D特征很复杂，部分是由于地核中均匀的铁金属和地幔中各种富氧矿物之间具有明显的密度对比。
所有地幔矿物都像水上的软木塞一样漂浮在致密的地核上，但不同矿物在密度上可能有非常大的差距。在原始的岩浆海洋中，一些硅酸盐会下沉，一些则会上浮。结果就是，最早的大块结晶固体一直下沉，穿过地幔，像木筏一样漂在金属核上。
一些地震学家设想在核幔边界上有不规则的致密的矿物堆，它们形成了英里高的“山脉”，在那里造成地震信号混乱地偏转。令人惊讶的是，在核幔边界可能有巨大的熔岩池和密度极高的硅酸盐液体池塘，可能还富含铝和钙，以及大量“不相容的元素”，这些元素似乎从地球外层中消失了。
我们很难确定这一点，但地震学家认为，在核幔边界上方的D层中存在很深的局部“超低速带”，在这些区域中，地震波的传播速度比在邻近岩石中慢10%。缓慢的地震波通常是液体释放的信号。
如此深的液态湖泊和池塘也可以为那个令人困扰的元素缺失问题提供一种完美的解决方案——只需要将所有不相容的元素放在难以接近的D层中就好了，它们将永远被隔绝在这个矿物垃圾组成的神秘而混杂的区域中。那地核本身呢？
当地球还很年轻时，这个直径超过英里的致密的富铁核已经完全形成，并且可能完全熔化（而不像今天这样，内核看起来是一个直径约英里且不断增大的固体铁晶体球）。
在那个清晰的核幔分界线上，温度可能已经超过1万华氏度，压力则超过了我们现代大气的万倍。
从一开始形成到今天，这个炽热的核一直是具有液态金属涡流的动力场所。这些涡流造成的一个重要结果是早期地球磁场的产生，也就是地球的磁层，像是一个巨大的电磁铁。磁场使带电粒子的路径发生弯曲，因此地球的磁层提供了一种看不见的偏转屏障，阻挡了太阳风和宇宙射线的强烈轰击，这一屏障也许是生命起源和生存的先决条件。
地核也是一个重要的热能来源，它有助于驱动地幔中的对流。即使在今天，在向夏威夷和黄石公园等地区的火山热点中，来自核幔边界的岩浆热流柱还会一路上升近英里到达地球表面。
值得注意的是，这些热流柱在地表上的固定位置可能是由深部的地形决定的。D层中英里高的山脉可以充当保温的热毯，覆盖在高温的地核上，所以热点很可能起源于那些宏大的隐蔽山脉之间最深的、释放热量的山谷。
事实上，矿物演化的故事建立在岩石类型的预定顺序上，从逻辑上来说，每一个矿物形成的阶段都承接着前一个阶段。地球上最初的橄榄岩地壳诞生于原始的岩浆海洋，处于一个关键但短暂的新生阶段。
当它最终冷却并变硬时，它的密度太大了，以至于无法留在地表附近的任何地方，因此又沉入了地球的深处。环抱地球的必须是一种密度较低的岩石。那种岩石就是玄武岩。黑色玄武岩是所有类地行星中近地表岩石的主要组成部分。
水星被小行星撞击得坑坑洼洼的表面也主要是玄武岩。金星灼热而多山的表面和火星被风化的红色表面都是玄武岩。月球黑色斑点状的月海与灰白的钙长石高地形成了鲜明对比，这些月海是巨大的黑色玄武岩湖硬化的遗迹。
而在地球上，包括所有海洋的海底在内，70%的表面都被玄武岩地壳所覆盖。玄武岩成分多样，但有两种基本的硅酸盐矿物占主导地位。
其中一种主要矿物是斜长石，它是迄今类地行星和卫星中最重要的含铝矿物，也是地球上最常见的地壳矿物。我在麻省理工学院的教授戴夫·沃内斯曾建议我，如果有人给我看一块神秘的岩石，并询问它的矿物学性质，我只需要回答“斜长石”，那么我就有90%的概率是对的。
玄武岩的第二种基本矿物成分是辉石，这种常见的链状硅酸盐也存在于橄榄岩中。辉石是为数不多的几种常见矿物之一，可以融合所有六大元素（以及许多不太常见的元素）。要了解斜长石和辉石这两种玄武岩的基本矿物成分的起源，可以参考岩石凝固和熔化的奇异特性。
45亿年前，随着地球岩浆海洋的冷却，橄榄石首先形成，然后是一点钙长石，最后是大量辉石。由此形成的硅酸镁岩石是橄榄岩，它们组成了上地幔的大部分。随着大量橄榄岩的形成和下沉，它们被重新加热，其中一部分被重新熔化。
我们的日常经验表明，从固体到液体的熔化发生在一个特定的温度下。水冰在32华氏度（0摄氏度）融化，大多数家用蜡烛在约华氏度（约54摄氏度）熔化，而致密的金属铅则在华氏度（约摄氏度）熔化。但岩石的熔化并非那么简单，大多数岩石并非在一个温度下完全熔化。
如果将橄榄岩加热到华氏度（约摄氏度）左右，它会第一次熔化。（如果橄榄岩含有丰富的易挥发的水和二氧化碳，熔化就会出现得更早。）第一批出现的极小的液滴成分与橄榄岩岩石的大部分成分有很大的不同。最初的熔体含有更多钙和铝，铁和硅也会稍多一些，镁则相当少。这种初始液体的密度也远低于橄榄岩。
因此，即使地幔中有5%的橄榄岩熔化，也会产生大量岩浆，这些岩浆会沿着矿物的晶界聚合，在裂缝和小囊袋结构中积聚，并上升到表面，最终变成玄武岩。在数十亿年的地球历史中，橄榄岩的部分熔融产生了数亿立方英里的玄武岩岩浆。熔融的玄武岩以两种互补的方式来到行星表面。
较为壮观的一种是像在夏威夷和冰岛发生的火山爆发那样，伴随着炽热的岩浆喷泉和河流般的涌流冲到表面。这种剧烈的喷发是水和其他挥发物共同作用的结果。在一英里以下的高压环境下，水和其他挥发物被锁在硅酸盐液体中，但在地表附近它们会爆发性地转化为气体。
这种爆发性的火山活动能够将火山灰和有毒气体喷向高空，直至平流层，也能够向外投掷汽车大小的火山“炸弹”，投出超过一英里远的距离，破坏周围的乡村。这些玄武岩熔岩和火山灰的喷发，一层一层地构筑了数英里高的山脉，在数千平方英里的范围内覆盖上了黑色岩石。这种类型的玄武岩熔岩流和火山灰颗粒非常细，在玻璃中尤为丰富，但液体冷却的结果过快，以至于没有时间形成晶体。
结果就是，硬化的熔岩只有一种普普通通的黑色硬壳。其他独特的橄榄玄武岩，只有当橄榄岩在不到20英里深的相对较浅的深度熔融时才会出现，里面包含了一些有光泽的橄榄石晶体，这些晶体在熔体凝固的第一阶段在地下形成。绿色的晶体装饰着原本乏味的黑色岩石。