板块构造启动的时间和机制:理论和经验探索

• 来源期刊: 科学通报
• 学科: 地球科学
• 关键词: 板块构造 俯冲 前寒武纪 地球动力学
• 年，卷（期）: 2007,（5）
• 所属期刊栏目: 评述
• 页码范围: 489-501
• 页数: 13页
• 分类号: P5
• 字数: 14541字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3321/j.issn:0023-074X.2007.05.001

摘要

板块构造是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动,主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致.板块构造是一个典型的、非平衡复杂体系的自组系统(selforganizing,far from equilibrium complex system,SOFFECS),其驱动力主要来自热边界层(岩石圈)的反向浮力,同时又受控于变形岩石圈与下覆粘性软流圈地幔的耗散作用.在太阳系内侧5个硅酸质行星中,板块构造仅发育于地球,这表明板块构造是硅酸质行星不太常见的一种热散逸方式.目前还不清楚这种构造活动和热散逸方式在地球上是从何时开始的.所有的硅酸质行星在形成初期可能都经历过一次短暂的岩浆海阶段.行星固结后,静止盖层模式是行星冷却的共同途径,即行星表面形成了一个不易活动的固化盖层,此时内部的热量只能通过拆沉作用、热点火山作用和岩浆浅部侵位等方式进行逃逸.由于地球早期温度较高,通过减压熔融形成的岩石圈结构不同于现代岩石圈,即地球早期岩石圈由厚的洋壳和薄的岩石圈地幔构成.这种岩石圈要产生反向浮力需要非常长的时间,因此地球早期即便有板块构造存在,其规模也比较零星.只有当地球冷却到一定程度,扩张中脊下部减压熔融形成薄的洋壳且大洋岩石圈只需几十个百万年就可以产生反向浮力时,才能形成与现今风格相似的、可持续性的板块构造.板块构造启动时间的认识最终取决于人们对相关地质记录(事件)的研究成果.板块构造的判别依据包括蛇绿岩、蓝片岩、超高压变质带、榴辉岩、被动大陆边缘、转换断层、指示克拉通陆块移动轨迹的古地磁研究以及岩浆岩地球化学和同位素构造判别等等.对地质记录的解释必须综合各方面的信息.本人认为现存的地质事件记录了地球构造随时间演化的过程,即太古代时期构造和岩浆活动剧烈,大约在1.9 Ga时开始出现近似的板块构造,在新元古代才开始出现与现代相似的、可持续的、具有深俯冲和板片拖曳特性的板块构造.