地球板块构造是如何开始的?

Question

板块构造是一种理论，它将地球的岩石圈描述为由不同的板块组成，这些板块能够在下面的软流圈之上移动。在板块边界，这种运动可以产生收敛边界(可能发生俯冲)，发散边界(熔融熔岩上升以填补发散板块之间的空隙)，或转换边界的滑动板块。

虽然我明白为什么我们会采用这种理论，但我不太清楚的是，为什么地球的岩石圈首先是由如此不同的板块组成的，现有的板块是否有可能分裂成两个不同的板块?有没有关于地球板块最初是如何形成的理论?

Answer 1

有没有关于地球板块最初是如何形成的理论?

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的区别。Carlson et al. (2014)就我们对地球的了解以及它是如何形成的进行了精彩的回顾。我用它作为这篇文章的指导和来源。

就在最近，锆石的年龄被确定为4.374 Ga (Valley et al.， 2014)，使用U-Pb年代学。地球的年龄是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约1.6亿年之后才出现在地球上。其他一些有趣的日期是月球形成于4.4至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，从而产生了金属内核和原始的外地幔。地球开始冷却并分化，从而形成地壳。不同的模型提出了一系列的可能性，如橄榄岩/科马长岩组成的准稳定的淬灭地壳(Smith, j.v.， 1981)到一个非常演化的接近于晶石的组成(Harrison,T.A.), 2009)。

现在的问题是地壳现在是板块还是类似于我们今天所知的岩石圈?岩石圈被定义为地球的脆弱外层，板块是岩石圈的部分，它的底部被称为mohorovi不连续面，它通常定义了岩石圈和上地幔之间的接触。当地球的外壳形成时，想想这些特征可能是什么时候形成的，这是很有趣的。

有一个完整的GSA特别文件卷的主题“地球上的板块构造是什么时候开始的?”．有一系列证据表明，我们今天所知道的板块构造最迟开始于~ 3ga至~ 1ga (Condie & Kröner, 2008)。下面是该论文的一个表格，概述了板块构造的指标。

地球的外地壳很可能不是静止的，而是可能被地幔对流的路径所牵引。这些脆弱的板块开始相互碰撞并向上建造，而其他部分则俯冲到其他板块之下。对流的地幔导致地幔物质从深处被带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)。

最近在《自然》杂志上发表了一篇论文伯科维奇和理查德(2014)他们试图回答这样一个问题:为什么我们在4ga看到了原始俯冲的地质证据，而突出的俯冲特征出现在3ga左右。我建议阅读论文网站上的摘要，但他们认为……

当充分的岩石圈破坏与过渡性地幔流动和迁移的原俯冲作用相结合时，导致弱板块边界的积累，最终在俯冲作用的单独驱动下形成完整的构造板块。——Bercovici and Ricard (2014)

关于地壳的组成…

地幔中最不相容的元素(如亲石元素[K,Na, Nd]和高场强元素[U,Th])将进入液体熔体，并向地球表面移动，要么在地表喷发，要么被储存在岩浆房中，进一步分离或分化成更长的长英质岩浆成分。

随着时间的推移，所有这些过程将产生不同的地壳，这些地壳来自不同的来源，在不同的条件下形成，后来由于化学或物理变质作用而改变。我们今天的每一块大陆都是由其他板块的分离和碰撞拼凑而成的。例如，盘古大陆是由于许多不同板块的碰撞而形成的，我不确定盘古大陆当时是否被认为是一个巨大的板块，但后来它分裂了。

现有的板块有可能分裂成两个不同的板块吗?

东非裂谷目前是非洲板块内部的一个分裂边界。所以答案是肯定的。

Answer 2

现有的板块可以而且确实会分裂:例如，红海/亚丁湾/东非裂谷区的脊-脊-脊三重接合，尽管板块分裂也是冈瓦纳大陆等巨型大陆分裂的根本原因。

板块是地球对流系统的一部分:它们是地幔热传输的基础。板块构造何时开始仍在争论中，但其机制已经很好地理解了。冷却的岩浆海洋将开始形成一个块状的表面(如果你想要一个人类尺度的模拟，看看埃里伯斯火山永久熔岩湖或夏威夷火山流的视频)。地幔所含的水刚好足够充当润滑剂，促进剪切带的形成，使这些板块能够继续相互移动，而不是被锁住(而金星的水浓度太低，因此缺乏板块构造)。

大陆岩石圈和海洋岩石圈的行为确实不同——特别是，通常很难指出大陆岩石圈中不同的“板块”，部分原因是它存在的时间更长(最古老的海洋地壳大约有250万年)，因此在缝合/分裂方面有一个更复杂的历史——想想喜马拉雅山脉的生长。我的理解是，与海洋岩石圈相反，大陆岩石圈形成的细节仍然是一个活跃的研究领域。

Answer 3

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

“现代风格”的板块构造可能(至少)有2.2千年的历史，可能开始于2.5千年。

按要求扩展:

这份报纸不收费。这是一种变质(通过温度和压力改变)的岩石，它符合一个典型的高压/低温变质机制，就像它在俯冲带中遇到的那样。这种状态是从矿物组成推断出来的(基于某些矿物或它们的缺失是某些条件的标志的假设)，并通过U/Pb衰变来确定年代。因此，变质事件的年龄可确定为2.1至2.2 Gy。假设相应的威尔逊周期必须更早开始，作者认为现代构造的开始日期为2.5Gy(但不排除更早的事件)。