地球板块构造是如何开始的?

Question

板块构造是一种理论，它描述了地球的岩石圈是由不同的板块组成的，这些板块能够在下面的软流圈之上移动。在板块边界处，这种运动可以产生收敛边界，在那里可能发生俯冲;在发散边界处，熔岩上升以填充发散板块之间的间隙，或者在转换边界处产生滑动板块。

虽然我理解为什么我们开始采用这种理论，但我不太清楚的是，为什么地球的岩石圈最初是由这些不同的板块组成的，现有的板块是否有可能分裂成两个不同的板块?有关于地球板块最初是如何形成的理论吗?

Answer 1

有关于地球板块最初是如何形成的理论吗?

这个问题的答案源于你问的另一个问题关于大陆地壳和海洋地壳之间的区别。卡尔森等人(2014)刚刚发表了一篇精彩的综述，回顾了我们对地球的了解以及它是如何随着时间形成的。我使用它作为本文的指南和来源。

就在最近，一锆石的年龄被确定为4.374 Ga (Valley等人，2014年)采用U-Pb年代学。地球的年龄为4.54±0.05 Ga。这一新结果表明，花岗岩和长英质岩浆在地球形成后大约1.6亿年才出现在地球上。其他一些有趣的日期是月球形成于4.4到4.45 Ga之间，根据氙同位素，大气与固体地球的分离被认为发生在4.45 Ga左右。

地球形成后，地核形成，从而形成金属内核和原始的外地幔。地球开始冷却和分化，从而形成地壳。不同的模型表明了一系列的可能性，例如橄榄岩/科马提岩组成的准稳定淬硬壳(Smith, J.V.， 1981)到非常进化的接近于tonalite的组成(Harrison,T.A., 2009)。

现在的问题是，这个地壳现在是一个板块，或者更确切地说，类似于我们今天所知道的岩石圈?岩石圈被定义为地球脆弱的外层，板块是岩石圈的部分，它的底部被称为莫霍罗维维奇不连续面，它通常定义了岩石圈和上地幔之间的接触。有趣的是，当地球外壳形成时，这些特征可能是什么时候形成的。

有一个完整的GSA特别论文卷的主题“板块构造论是什么时候在地球上开始的?”．有一系列证据表明，我们今天所知道的板块构造始于最晚约3 Ga至1 Ga (Condie & Kröner, 2008)。下面是那篇论文中的一个表格，概述了板块构造的指标。

地球的外地壳可能不是静止的，而是沿着地幔对流的路径被拖动。这些脆弱的板块开始相互碰撞并向上堆积，而其他部分则俯冲到其他板块下面。对流的地幔导致地幔物质从深处上升到较低压力的条件下，从而导致地幔融化(这被称为绝热融化)。

《自然》杂志最近发表了一篇论文伯科维奇和里卡尔(2014)他们试图回答这个问题，即为什么我们看到了4 Ga原始俯冲的地质证据，而3 Ga左右出现了显著的俯冲特征。我建议你阅读报纸网站上的摘要，但他们建议……

当岩石圈损伤程度足够大，加上瞬移地幔流和迁移的原俯冲作用，导致弱板块边界的积累，最终在俯冲作用的驱动下形成完全形成的构造板块。——伯科维奇和里卡尔(2014)

地壳的组成…

地幔中最不相容的元素(例如亲石元素[K,Na, Nd]和高场强元素[U,Th])将进入液态熔体并向地球表面移动，要么在地表喷发，要么储存在岩浆库中，进一步分馏或分化为更多的长英质岩浆成分。

随着时间的推移，所有这些过程都会产生不同的地壳碎片，它们来自不同的来源，在不同的条件下形成，后来由于化学或物理变质作用而发生变化。我们今天拥有的每一块大陆都是由其他构造板块的分离和碰撞拼凑而成的。例如，盘古大陆是由许多不同的板块碰撞形成的，我不确定当时盘古大陆是否被认为是一个巨大的板块，但它随后破裂并分离。

现存的板块有可能分裂成两个不同的板块吗?

东非大裂谷目前是非洲板块内部的一个发散边界。所以答案是肯定的。

Answer 2

现有的板块可以也确实分裂:例如，红海/亚丁湾/东非裂谷带的山脊-山脊-山脊三重交界处，尽管板块分裂也是冈瓦纳等巨型大陆分裂的基础。

板块是地球对流系统的一部分:它们是地幔热传输的基础。板块构造是什么时候开始的仍在争论中，但其机制已经很好地理解了。冷却的岩浆海洋将开始形成块状表面(如果你想要一个人类尺度的模拟，可以查看埃里伯斯火山永久熔岩湖或夏威夷阿亚流的视频)。地幔中含有的水刚好足够充当润滑剂，促进剪切带的形成，让这些板块继续相互移动，而不是锁定(而金星的水浓度太低，因此它缺乏板块构造)。

大陆岩石圈和海洋岩石圈的行为确实不同——特别是，一般来说，在大陆岩石圈中指出不同的“板块”要困难得多，部分原因是它存在的时间要长得多(最古老的海洋地壳约250Ma)，因此在缝合/破裂方面有更复杂的历史——想想喜马拉雅的生长。我的理解是，相对于海洋岩石圈，大陆岩石圈形成的细节仍然是一个活跃的研究领域。

Answer 3

关于这个问题的新研究:https://www.nature.com/articles/s41598-018-33823-y

tl,dr:“现代风格”板块构造可能(至少)与2.2Gy一样古老，可能开始于2.5Gy。

按要求扩展:

报纸没有付费。它是一种变质(通过温度和压力的改变)岩石，适合一种通常与高压/低温变质有关的制度，就像它在俯冲带中遇到的那样。状态是根据矿物成分推断出来的(基于某些矿物或它们的缺乏是某些条件的标志的假设)，并通过U/Pb衰变确定日期。变质事件发生时间为2.1 ~ 2.2 Gy。假设相应的威尔逊旋回一定开始得更早，作者认为现代风格构造开始的日期为2.5Gy(但不排除更早的事件)。