對於普通物質（帶原子結構）而言，熱脹冷縮的過程是原子核外的能量體積吸收或釋放能量引起能量密度變化的過程（圖1）。

該過程忽略對原子核物質和結合能量構成的影響，通過增大或縮小核外能量體積來影響原子的整體能量密度：吸收能量，增大原子核外的能量體積，減小瞭整體能量密度，單位體積的物質質量減輕；釋放能量，縮小核外能量體積，增大整體能量密度，單位體積的物質質量增大。

宏觀表現為：物質吸熱導致體積膨脹，在單位體積內物質的質量變輕即物質密度減小而出現上浮現象；放熱降溫的物質則縮小瞭核外能量體積，單位體積的物質質量增大而出現下沉現象。最終產生熱膨脹上浮和冷壓縮下沉的熱脹冷縮現象，直觀的如氣態物質，熱氣流上浮，冷氣流下沉（圖2）。

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在對流層內，由於大氣層從太陽能中整體獲得的能量（輻射透射附帶的輻射吸收）相對恒定，而靠近地表的氣體由於可以獲得更多額外的地表反射或儲能後緩釋的輻射能，吸收到更多能量並膨脹體積從而產生氣體上浮現象。但是氣體的熱膨脹並不會導致其無限上升，隨著低海拔地區的高能量氣體上升，其逐步遠離地表的過程也是能量加速流失即降溫的過程（圖3）。

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由圖3可知，構成氣體的原子從地表方向獲得的反射輻射能及地表儲能後緩慢釋放的輻射能，隨氣體原子所在的地勢升高而減少且更分散，令溫度相對較高、體積膨脹而密度減小的地表氣體上浮。氣體上浮的過程也是不斷失去能量的過程：原子作為構成氣態分子的基礎單位，隨著地勢的升高，從地表方向獲得的能量減少，且上升融入高處相對低溫的氣體也是原子加速失去所儲能量的過程，下方相對高溫氣體形成瞭上升氣流，高處的低溫氣體下沉返回地表，形成有相對固定高度的冷熱氣流上下對流現象，大氣對流層就此產生（圖4），其上平流層同溫層的形成與冷氣流平流產生的離心力及吸收特定波長輻射（比如臭氧吸收紫外線）有關，容易理解不再贅述。

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上文已知對流層由地表提供給大氣不均勻的輻射能量形成溫度差而形成，其高度由地表所能提供的反射和緩釋能量決定：低緯度如赤道附近的地表能量高，其對流層可以延伸到平均17-18km；中緯度的地表能量次之，對流層平均高度10-12km；高緯度如兩極地區，地表所能提供的能量最低，對流層平均高度8-9km。

將熱脹冷縮延伸至萬有引力原理（該原理詳見上一文章）：物質吸熱增大瞭原子的能量體積，但隻增加可以忽略的物質質量，即減輕瞭單位體積內物質的質量，減小瞭物質的整體能量密度（上文已解釋，包含結合能的整體能量密度決定整體物質密度），從而在同等密度的物質分層中產生膨脹上浮趨勢的作用力，即吸收輻射產生的膨脹作用力大於引力產生的壓縮作用力；反之放熱物質減小瞭能量體積，增大瞭物質整體能量密度即質量密度，在同等密度的物質分層中產生壓縮下沉趨勢的作用力。

在一個整體物質（如地球）之內，萬有引力的作用是將不同密度的組成物質合理分層，脫離瞭對應密度分層的物質將形成浮力或者產生勢能，如氣泡在水下產生的浮力、高山巖石對周圍氣態物質有下沉趨勢但仍保持高位的勢能。

根據上述熱脹冷縮原理可知，地球深層的巖漿不是熱脹冷縮的產物，確切地說是冷脹熱縮現象，屬於擠壓產生的被動（不穩定）高能量密度物質。這裡的熱縮並不是說吸收能量發生的體積收縮，而是在外界包圍物質的擠壓作用下減小瞭受壓原子類物質的能量體積。原子被縮小的能量體積內仍保留難以逃逸的初始能量（被厚厚的地球外殼裹住）。由此出現瞭原子體積縮小、能量基本保持不變的高能量密度的巖漿形態（圖5）。

由上圖可知，構成巖石的普通原子，進入地殼深處其能量體積受壓縮小而所帶能量基本不變，使原子能量體積內的能量密度異常增大，從而將常規固態的巖石呈高溫高壓的流體巖漿形態存在。這種受擠壓形成的高溫形態不穩定，當巖漿噴出地球表面，高能量密度的原子冷卻膨脹，恢復成地表壓力和溫度環境下的普通原子體積。該過程可以細分成四步：

1.深層擠壓形成高溫高能量密度的巖漿，即熱縮；

2.沖出地表，放熱冷卻，縮小能量體積；

3.主動獲得空白體積膨脹成普通原子體積（該過程屬於弱體積膨脹力，本人在體積守恒一文中已詳述），此時由於能量體積內的能量密度減小，原子溫度低於地表溫度，即冷脹；

4.再次吸熱膨脹，融入地表物質環境。

以上三步驟幾乎同步進行，這也是巖漿冷卻凝固後的物質密度反而不高的原因。國外一些挺熱門的單純通過高溫加熱巖石的方法不能模擬出巖漿的形態，地球核心的巖漿隻能在高壓隔熱的環境條件下形成。