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地球早期板块构造的成因及其地质意义 2006年6月，美国怀俄明州伦纳德韦勒斯学院的伦纳德韦勒斯会议讨论了板块结构的开始时间。会议进行了以下讨论。“地球上唯一的板块结构是板块结构的星，但为什么板块结构的发展和板块结构的时间和方法仍有争议。一些科学家认为板块结构始于古代，另一些科学家认为，初始时间应该比古代晚。根据模型的模拟实践，地幔对称主要受地球热圈层和岩石圈的控制。现在，受挤压带密度高的岩石圈的沉降是板块运动和洋底扩张的主要原因，也是地球冷却的主要方式。地球早期的高温度导致岩石圈非常脆弱且密度较低。因此，地幔对称的类型可能不同于现代。这一成就对人们的经验理解（地质事件和实验数据的解释）非常重要。为了证明地球在一段时间内存在板块结构，需要提供相关的板块开挖，以及通过其他独立方法获得的板块运动和旋转的证据。板块结构的初始时间和机制是地球科学中悬而未决的主要问题之一。要解决这个问题，需要进行创新思维和跨学科的研究。--理论分析包括地球热的历史、板块运动的动力来源、地球可持续冷却对地球发展的影响。经验理解包括对板块运动的具体地质观察和实验室测试分析结果。板块结构的识别标志包括古代地磁、岩浆岩素和养分、变形方法、脉冲产物（如蛇绿岩、绿岛岩、榴辉岩、含碳岩和钻石）。具有稳定的生命力，与板块结构密切相关（如被动边缘聚集序列和岛拱岩石组合）。'。 来自14个国家的61位地球科学家就板块构造的启动时间作了广泛交流.关于会议的细节请参阅文献[1, 2]和会议论文1).我认为, 具有现代形式的板块构造在地球历史上开始得很晚, 可能在约1 Ga或更晚一些.只有少数人同意这种观点.与会的绝大多数地球科学家认为, 板块构造在很早就已出现但随着地球的冷却, 板块构造的形式也应该发生了变化.本文就板块构造何时开始这一问题展开更为详细客观的阐述.首先对现代板块构造/俯冲体系作一介绍, 然后对比分析地球与相邻行星及月球在构造方面的不同之处和意义.最后, 列举板块构造的一些地质判别证据并做初步探讨. 1 板块运动与岩石圈对流方向不垂直,缺乏反向重力 板块构造描述了岩石圈块体在近球形的地球表面如何运动及相互作用.板块运动常用绝对或相对参照系下的旋转轴和角速度的方式表达.板块构造是一种极其实用但也单纯的运动学描述.这种理论是在不清楚板块运动的动力来源时提出的.早期人们错误地认为这种动力来自于岩石圈下覆软流圈的对流和地幔的弱化 (图1 (b) ) .这种思想根深蒂固, 现在地质入门课程中仍这样讲授.一本很流行的教科书说板块运动的一种重要的驱动力是“软流圈对流施加于板块底部的牵引力”.这种想法如果是正确的, 将导致这样一个结论:早期的地球温度很高, 软流圈粘度低且能够快速混合, 因而板块很多或板块运动速度很快.与之相反, 如果目前的认识 (即板块运动的驱动力主要来自大洋岩石圈在俯冲带的俯冲) 是正确的话, 那么只有当地球冷却到一定程度, 洋盆的主体组成即大洋岩石圈出现重力不稳定时, 板块构造才可能出现. 软流圈对流驱使板块运动的假设既与现代地球动力学的研究认识不符, 也与软流圈对流和板块运动方向的实际观察结果不一致.首先, 软流圈与岩石圈的耦合很弱, 对岩石圈运动影响很小.软流圈的对流方向并不平行于上覆岩石圈的运动方向.在大洋板块下面, 软流圈向洋中脊运动, 而在板块边缘它却流入或流出海盆, 这取决于洋盆是在扩张 (大西洋型) 还是在收缩 (太平洋型).一些人认为软流圈对流方向是向东, 然而向东移动的板块运动速度并不比向西移动的板块快.软流圈对流虽然可以给增厚的大陆岩石圈底部施加一定的牵引力[10~12], 但它同时也给含陆板块的整体运动带来了阻力.关于板块运动与软流圈对流互不相干的最突出的例子莫过于澳大利亚-南极不谐和带 (AAD) .这里印度洋和太平洋软流圈地幔相遇, 然后沉入分割澳大利亚和南极两个板块的洋中脊下面的地幔中. 现已很清楚, 板块运动是板块自我驱动并控制地幔对流的总体格局.具有反向浮力的岩石圈在俯冲带发生下沉并进入地幔是板块运动驱动力的根本来源 (图1 (a) ).大洋岩石圈在洋中脊形成时仅由基性地壳构成, 具有向上的浮力.虽然洋壳本身密度比软流圈轻, 但岩石圈地幔部分温度较低, 密度比软流圈大.自洋中脊向海沟方向, 随着岩石圈逐步变老和传导式热散逸的进行, 上地幔部分温度逐渐降低, 使得整个大洋岩石圈逐步增厚, 岩石圈的密度也逐渐变大 (图2) .这就会产生浮力转折点, 即当大洋岩石圈比软流圈密度大时, 向上的浮力作用小于向下的重力作用, 形成反向浮力.对目前的地球而言岩石圈形成反向浮力所需的时间相当短, 大概只需要20~40 Ma. 年龄变老的岩石圈的反向浮力提供了板块构造所需的势能.这种势能由洋脊的推力和板块的牵引力与吸引力构成.洋脊推力的贡献约