摘要
板块构造是地球上最重要的地质过程之一，但它的出现和演变仍不清楚。在这里，我们将现在的板块构造模型外推到过去，并提出自大约30亿年前以来，大陆的崛起以及大陆边缘和海沟沉积物的积累为俯冲的稳定提供了润滑，并在地球板块构造的发展中起着至关重要的作用。我们得出的结论是，两个最大的表面侵蚀和俯冲润滑剂事件发生在古元古代胡伦全球冰川期(245 - 22亿年前)之后，导致哥伦比亚超大陆的形成，以及新元古代“雪球”地球冰川期(0.75 - 6.3亿年前)之后。“雪球地球”事件发生在“无聊的10亿”之后——大约在17.5亿至0.75亿年前，板块构造活动减少，这可能是由于海沟中沉积物的缺乏造成的——它开启了活跃板块构造的现代阶段。
这是订阅内容的预览，通过你所在的机构访问
相关的文章
引用本文的开放获取文章。
新太古代板块边界组合的发散性和收敛性是新太古代板块构造的标志
自然通讯开放获取10月28日
由板块减速驱动的地球异常中年岩浆活动
科学报告开放获取2022年6月21日
冥古宙晚期壳幔分异的直接证据
通讯地球与环境开放获取2022年1月18日
访问选项
订阅《自然》+
立即在线访问《自然》和其他55种《自然》杂志
29.99美元
每月
订阅期刊
获得1年的完整期刊访问权限
199.00美元
每期仅需3.90美元
所有价格均为净价格。
增值税稍后将在结帐时添加。
税务计算将在结账时完成。
买条
在ReadCube上获得时间限制或全文访问。
32.00美元
所有价格均为净价格。
数据和代码可用性
可执行文件，以及所有输入和输出文件，用于计算全球板速度可根据要求提供。
参考文献
霍克斯沃斯，C. J.布朗，M.地球动力学和板块构造的发展。菲尔。反式。r . Soc。一个376， 20180228(2018)。
板块构造的演化。菲尔。反式。r . Soc。一个376， 20170406(2018)。
赫兹伯格，C.，康迪，K. & Korenaga, J.地球热历史及其岩石学表达。地球的星球。科学。列托语．292， 79-88(2010)。
Cawood, p.a. & Hawkesworth, c.j.地球的中世纪。地质42， 503-506(2014)。
布朗，M. & Johnson, T.变质作用的长期变化和全球板块构造的开始。点。矿物．103， 181-196(2018)。
斯宾塞，C. J.等。古元古代构造-岩浆间歇是超大陆旋回的潜在触发。Nat。Geosci．11， 97-101(2018)。
李卡德，Y. & Vigny .地幔动力学与诱导板块构造。j .地球物理学。Res．94， 17543-17559(1989)。
含断裂岩石圈俯冲带的黏滞流模型:长、短波长地形、重力和大地水准面。地球物理学。卷．19， 1891-1894(1992)。
三维地幔对流中构造板块的自洽生成。地球的星球。科学。列托语．157， 9-22(1998)。
Moresi, L. & Solomatov, V.地幔对流与脆性岩石圈:对地球和金星全球构造风格的思考。地球物理学。j . Int．133， 669-682(1998)。
由地幔对流产生的板块构造。地球的星球。科学。列托语．205， 107-121(2003)。
O 'Neill, C.等。前寒武纪幕式俯冲。地球的星球。科学。列托语．262， 552-562(2007)。
van Hunen, J. & van den Berg, A. P.早期地球上的板块构造:由俯冲岩石圈的强度和浮力施加的限制。Lithos103， 217-235(2008)。
地震与摩擦定律。自然391， 37-42(1998)。
岩石摩擦。纯粹的达成。地球物理学．116， 615-626(1978)。
史瑞夫，r.t.c loos, M.沉积物俯冲、混杂岩形成和棱镜吸积的动力学。j .地球物理学。Res．91， 10229-10245(1986)。
Lamb, S. & Davis, P.新生代气候变化是安第斯山脉上升的一个可能原因。自然425， 792-797(2003)。
索博列夫，S. V. & Babeyko, A. Y.安第斯山脉造山运动的驱动因素?地质33， 617-620(2005)。
Sobolev, S. V. & Muldashev, I.跨尺度的大型逆冲地震旋回模拟，重点在震后阶段。Geochem。地球物理学。Geosyst．18， 4387-4408(2017)。
贝克尔，刘志刚，刘志刚。俯冲板块速度的沉积控制。地球的星球。科学。列托语．502， 166-173(2018)。
格尼斯，M.，霍尔，C.和拉维尔，L.在早期俯冲过程中演化的力平衡。Geochem。地球物理学。Geosyst．5， q07001(2004)。
Baes, M. & Sobolev, S. V.地幔流作为俯冲起始的触发:威尔逊旋回概念的一个缺失元素。Geochem。地球物理学。Geosyst．18， 4469-4486(2017)。
Sizova, E.等人。太古宙长英质地壳的生成:地球动力学建模视角。Precambr。Res．271， 198-224(2015)。
Cawood, p.a.等。板块构造开始的地质档案。菲尔。反式。r . Soc。一个376， 20170405(2018)。
布拉德利，华盛顿。被动边缘贯穿地球历史。地球科学。牧师．91， 1-26(2008)。
康迪，K. C.过渡中的行星:3 - 2 Ga之间地球板块构造的开始?Geosci。前面。9， 51-60(2018)。
李宗祥，等。解码地球的节奏:超大陆周期被更长的超级海洋插曲所调制。Precambr。Res．323， 1-5(2019)。
Dal Zilio, L.等人。深俯冲作用在超大陆破裂中的作用。构造物理学746， 312-324(2018)。
标准化海水锶同位素曲线:新元古代-寒武纪风化速率和地球进一步氧化的可能含义。eEarth2， 35-42(2007)。
卡伍德，P. A.，霍克斯沃斯，C. J.和Dhuime, B.大陆记录和大陆地壳的生成。青烟。Soc。点。牛．125， 14-32(2013)。
斯宾塞，C. J.罗伯茨，N. M. W. &桑托什，M.地球大陆地壳的生长、破坏和保存。地球科学。牧师．172， 87-106(2017)。
Flament, N.， Coltice, N. & Rey, P. F.从热演化模型和下温分析晚太古代大陆出现的一个案例。地球的星球。科学。列托语．275， 326-336(2008)。
Korenaga, J.， Planavsky, N. J. & Evans, D. A. D.全球水循环与地球内部和表面环境的共同演化。菲尔。反式。r . Soc。一个375， 20150393(2017)。
宾德曼，i.n.等人。25亿年前陆地的迅速出现和现代水文循环的开始。自然557， 545-548(2018)。
霍夫曼，P. F.和施拉格，D. P.雪球地球假说:测试全球变化的极限。“特拉诺瓦”14， 129-155(2002)。
凯勒，c.b.等人。新元古代大不整合的冰川成因。国家科学院学报美国116， 1136-1145(2019)。
太古代晚期的记录:一块大约35块的拼图。Lithos71， 99-134(2003)。
杜梅耶，M.和托斯维克，t.h.晚古生代板块构造。Geosci。前面。5， 303-350(2014)。
马修斯，K. J.等。晚古生代以来全球板块边界演化与运动学。全球地球。改变146， 226-250(2016)。
Torsvik, t.h.， Smethurst, m.a, Burke, K. & Steinberger, B.大型火成岩省产生于深层地幔大型低速省的边缘。地球物理学。j . Int．167， 1447-1460(2006)。
谭e，冷伟，钟山，葛尼斯，M.三维可压缩地幔中高体积模量热化学结构的横向运动和柱状结构的位置。Geochem。地球物理学。Geosyst．12， q07005(2011)。
大低切变速度省边缘羽流的地球动力学模型。Geochem。地球物理学。Geosyst．13， q01w09(2012)。
Dhuime, B.等。30亿年前大陆生长的地球动力学变化。科学335， 1334-1336(2012)。
Clift, P. & Vannucchi, P.俯冲带中构造吸积与侵蚀的控制:对大陆地壳起源和再循环的影响。启“．42， rg2001(2004)。
约翰逊，t.e.等人。引力不稳定引起的太古代地壳分层和再循环。Nat。Geosci．7， 47-52(2014)。
罗泽尔，A. B.等。早期地球大陆地壳的形成受侵入性岩浆作用控制。自然545， 332-335(2017)。
阿恩特，N. & Davaille, A.幕式地球演化。构造物理学609， 661-674(2013)。
Gerya, t.v.等人。地幔柱俯冲引发的地球板块构造。自然527， 221-225(2015)。
O 'Neill, C.等。冥古宙地球上由撞击驱动的俯冲。Nat。Geosci．10， 793-797(2017)。
雷伊，P. F.科尔蒂斯，N. &弗拉特，N.大陆的扩张开启了板块构造。自然513， 405-408(2014)。
Heuret, A.， Lallemand, S.， Funiciello, S.， Piromallo, C. & Faccenna, C.俯冲界面型发震带的物理特征。Geochem。地球物理学。Geosyst．12， q01004(2011)。
英格兰，P. &威尔金斯，C. A.俯冲带温度结构的简单解析近似。地球物理学。j . Int．159， 1138-1154(2004)。
Syracuse, E. M. van Keken, P. E. & Abers, G. A.俯冲带热模型的全球范围。理论物理。地球的星球。国际米兰．183， 73-90(2010)。
中川。&塔克利。板块构造模式对地球地幔和地核热化学耦合演化的影响。Geochem。地球物理学。Geosys．16， 3400-3413(2015)。
Bürgmann, R. & Dresen, G.下地壳和上地幔的流变学:来自岩石力学、大地测量学和野外观测的证据。为基础。地球行星。Sci．36， 531-567(2008)。
Popov, a . a . & Sobolev, S. V. SLIM3D:用弹粘塑性流变学对岩石圈变形进行三维热力学建模的工具。理论物理。地球的星球。国际米兰．171， 55-75(2008)。
斯坦伯格，B. &卡尔德伍德，A.地幔大尺度粘性流动模型与矿物物理和地表观测的约束。地球物理学。j . Int．167， 1461-1481(2006)。
Osei Tutu, A.等。评价了板块边界摩擦和地幔黏度对板块速度的影响。Geochem。地球物理学。Geosyst．19， 642-666(2018)。
Hirth, G. & Kohlstedt, D. L. in俯冲工厂内部(Eiler, j) 83-105(美国地球物理联盟，2004)。
大陆岩石圈全球热模式TC1:岩石圈长期演化的意义。构造物理学416， 245-277(2006)。
帕森斯，B. & Sclater, J. G.海底水深测量和热流随年龄变化的分析。j .地球物理学。Res．82， 803-827(1977)。
下地幔板块——与层析成像和大地水准面比较的动态模拟结果。理论物理。地球的星球。国际米兰．118， 241-257(2000)。
吴，B.等。协调强板拉和弱板弯曲:板块运动对幔板强度的约束。地球的星球。科学。列托语．272， 412-421(2008)。
德梅茨，C.，戈登，R. G.和阿格斯，D. F.地质电流板块运动。地球物理学。j . Int．181， 1-80(2010)。
Oncken, O.， Boutelier, D.， Dresen, G. & Schemmann, K.应变积累控制板块边界带的破坏:连接安第斯中部变形和岩石圈力学。Geochem。地球物理学。Geosyst．13， q12007(2013)。
确认
我们感谢来自GFZ地球动力学建模部门的N. Arndt、A. Sobolev和同事的评论:A. Babeyko、S. Brune和B. Steinberger。我们感谢W. Behr的评论，这促使我们加强了文章中提出的论点。我们非常感谢R. Ernst提供的LIP数据集和Z.-X。他提供了造山带数据集27．S.V.S.感谢R. Stern，是他引起了他对板块构造起源和演化问题的注意。深碳天文台支持s.v.s.参加2016年在瑞士洛迦诺举行的板块构造起源与演化研讨会，在那里他首次提出了论文中讨论的假设。
审核人信息
自然感谢Whitney Behr和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
S.V.S.构思研究，提出假设，设计和计算模型，并产生图形。S.V.S.和M.B.解释数据并撰写论文。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
出版商的注意:施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1俯冲通道中的强度。
一个- - - - - -c南安第斯地震旋回模式的俯冲通道19．所示为应力分布(一个)和应变率分布(b)，以及俯冲通道的放大图像(c)．温度等值线以摄氏度为单位，通道中最大剪应力的位置作为脆性-延性转变的代理。d，俯冲通道内应力分布示意图，显示了摩擦控制(脆性)和韧性变形域。
权利和权限
关于本文
引用本文
Sobolev, s.v.， Brown, M.地表侵蚀事件控制了地球上板块构造的演化。自然570， 52-57(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-1258-4
收到了：
接受：
发表：
发行日期：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1258-4
这篇文章被引用
冥古宙晚期壳幔分异的直接证据
通讯地球与环境（2022）
由板块减速驱动的地球异常中年岩浆活动
科学报告（2022）
新太古代板块边界组合的发散性和收敛性是新太古代板块构造的标志
自然通讯（2022）
马里亚纳型蛇绿岩制约了冈瓦纳组装期现代板块构造体制的建立
自然通讯(2021)
元古代莫桑比克洋的闭合是由Tonian晚期板块重组事件引起的
通讯地球与环境(2021)
