二、白垩纪大洋盆地扩展与磁场稳定早白垩世冈瓦纳大陆的破裂,导致非洲板块和南美洲板块分离 (Torsvik et al., 2009; Lundin et al., 2003),由南至北呈拉链式张开,南大西洋不断变宽,板块的不断增生一直至今 (Ceraldi, 2016; Pérez-Díaz et al., 2014)。白垩纪全球重要板块运动主要包括冈瓦纳的加速裂解、环太平洋板块的俯冲和特提斯构造域的发育。从白垩纪(120~80 Ma之间)开始全球板块出现大规模的纬向运动,包括南、北大西洋的持续扩张,太平洋周缘俯冲带东、西两侧持续后退、洋盆不断缩小,冈瓦纳大陆北缘的俯冲带持续向西南后退(Burke et al.,2008;Heine et al., 2008; Seton et al., 2012)。古板块继续裂解对古气候、古海洋也有较大影响,白垩纪古气候、古海洋对烃源岩的生成起到促进作用。白垩纪洋壳数量急速增加并达到顶峰,伴随太平洋洋底高原发育,洋中脊洋壳的突发增长脉冲,与地磁场极性正超时(124~83 Ma)在时间上具有同步性。此时,核幔边界“超级地幔柱”通过在太平洋洋盆内产生火山喷发。白垩纪突发性洋壳快速生长的脉冲事件,与来自核幔边界的超级地幔热柱的形成有密切联系。白垩纪大岩浆岩省(LIPs)主要集中于大洋区,对应该时期南半球超级地幔热柱大量形成,同时北半球超级冷地幔下降流导致大陆内部许多岩浆岩省的消失。
白垩纪全球古板块再造图(板块再造 120Ma)
(李江海等,2013)
白垩纪全球古地理环境恢复图(板块再造 120Ma)
(李江海,2013)白垩纪全球处于高温环境,热带主要集中在非洲北部和南美部分地区,非洲中南部出现大范围干旱带。海底火山作用是引起白垩纪温度持续变高的主要原因,海底火山释放大量SO2导致海水酸化并使得碳酸盐岩发生溶解加剧气候变暖(Immenhauser, 1999),大片被海水淹没的陆地快速广泛沉积富粘土沉积物,此时海洋为一高温水体,其浮游植物丰度、平均水温、海平面高度等达到显生宙之最,气候炎热的赤道区域蒸发强烈,赤道及低纬度出现大面积干旱—半干旱区域,中白垩世全球极热气候出现和结束的时间不尽一致,但总体上分布在赛诺曼—土仑期,局部地区如赤道太平洋早可以在阿尔必期,南极地区晚可推迟到晚白垩世坎潘早期,另一方面由于海底热液活动的增强,导致海洋原始生产力的增加(Forster et al.,2007)。
晚白垩世古地理图(80Ma)
a. 古大陆重建,b. 板块构造重建,c. 古地理重建,d. 古气候重建,e. 古海洋重建
(Mitchell et al.,2021)大陆洪水降低地球反照率,也是导致全球变暖的原因。在高海平面时期,基岩暴露面积减少,火成岩和变质岩的化学风化作用减少,钙离子向海洋的输入量减少。在这些高海平面时期,二氧化碳消耗减少,随后温室气体的增加使地球变暖(Mitchell et al.,2021)。
(李江海等,2013)泛大陆330Ma开始逐渐聚合,形成于劳伦大陆、波罗的、西伯利亚、冈瓦纳等大陆持续向北纬地区运动过程中。其中,西伯利亚在晚古生代还持续发生顺时针转动(Smethurst et al., 1998)。泛大陆聚合过程中,全球所有板块并未同时聚合,柴达木地体、昆仑地体、华北陆块等分布在泛大陆的边缘。晚二叠(约250Ma)泛大陆规模达到最大,东缘出现新的洋壳(Torsvik,2002)。在泛大陆聚合过程中,南美板块、西伯利亚板块、波罗的板块、澳大利亚板块、塔里木陆块、华北陆块等在古生代的运动轨迹,总体上具有顺时针旋转趋势,多个板块呈顺时针的漩涡式运动聚合。上述聚合过程中,板块汇聚中心在现在的中亚地区。
四、寒武纪生命大爆发1.冈瓦纳大陆与其他大陆寒武纪全球陆块主要分为冈瓦纳超大陆、劳伦古陆、波罗的和西伯利亚等。冈瓦纳超大陆由众多陆块汇聚而成,主要包括非洲、南美、阿拉伯、东南极、印度、马达加斯加、澳洲和塔里木等(Torsvik et al., 2012)。其边缘分布有阿瓦隆尼亚(Avalonia)等小地体。将多个古克拉通联合起来形成冈瓦纳大陆的造山运动始于晚新元古代(约570Ma),但一直持续到寒武纪,在中寒武纪以前基本结束。其中,最具代表性的主要的是泛非造山运动,涉及非洲大陆的大部分地区。克拉通上覆有不同程度的浅海陆架,其变化迅速,部分原因是海平面升降变化,但更主要的原因是不同地区的局部构造(Torsvik et al.,2017)。劳伦古陆主要包括北美和格陵兰。南极位于西北非陆块之上。全球陆块寒武纪主要集中于南半球,北部为泛大洋。劳伦和波罗的之间为亚皮特斯洋(Iapetus),于600-580Ma开始张开,其宽度可达3000km。普雷奥尼克洋(Pleionic)张开于西伯利亚和波罗的之间。冈瓦纳超大陆西缘的阿瓦隆尼亚地体,包括北美东部、纽芬兰、爱尔兰东南、英国、威尔士、比利时、荷兰和德国西北部,早奥陶世从冈瓦纳超大陆中裂离出来,并向波罗的斜向俯冲,与波罗的之间为通奎斯特洋(Tornquist)(Dalziel, 1997),其与冈瓦纳超大陆间发生裂谷作用,早奥陶世形成古莱茵洋(Rheic)(Von Raumer et al., 2008)。
寒武系沉积盆地在全球分布较广,主要在南美、印度和东南极等地有大部分的缺失。冈瓦纳超大陆边缘多被海水淹没,内部多为高地。中北部多以碳酸盐岩沉积为主,南部多以砂岩沉积为主。寒武纪气候总体较温暖,温度及海平面在不断上升,陆块大部分被浅水淹没。早-中寒武世,西部环冈瓦纳的洋流覆盖了南极-低纬度区域,从南西向北东流动至波罗的海的底栖生物区。晚寒武世北东-南西向的顺岸洋流向高纬地区,携带了较多生物,富含有机质,尤其是冷暖流交汇处(Álvaro et al., 2003),这有助于富含有机质烃源岩的形成。2.寒武纪生命大爆发寒武纪以来,伴随着罗迪尼亚超大陆的逐渐解体,生物开始繁盛。奥陶纪末期和泥盆纪末期发生一定影响程度的生物灭绝事件,但生物量总体保持相对稳定。前寒武纪地层只有一些零星分布的小型生物化石,以埃迪卡拉动物群为代表。地球生物群的第一次重大转折,发生距今大约5.4亿年前的寒武纪。寒武纪(5.42亿年前)地层突然出现了主要的动物类群,有了更多的化石记录,动物中也出现了更多形态多样化,与前寒武纪形成明显区别。云南澄江动物化石群中,已经发现了20多个门一级系统。在前寒武纪的2000万年间,地球上“突然”出现了许多无脊椎动物,包括环节动物类、腕足类、软体动物类、海绵类等等,它们都是现存很多动物的祖先,这次事件史称“寒武纪生命大爆发”。寒武纪大爆发特点之一,是开始出现两侧对称动物发育系统,它们具有纵向对称和专门的内脏系统,包括大多数现存的动物以及海绵、刺胞动物和一些小群体。早寒武纪生命突然爆发,许多动物突然出现在化石记录中,而在早期的岩层中却没有找到明显的祖先,学术界称为达尔文之惑(Darwin's Doubt),他在《物种起源》(1859年)中无法解释寒武纪化石突然出现这一事实。震旦纪生物主要为多细胞后生动物及小壳动物等简单生物,寒武纪时期地球上首次出现了带硬壳的动物,很多已知的寒武纪生物可在布尔吉斯页岩中发现,以海生无脊椎动物为主,特别是三叶虫、低等腕足类和古杯动物,红藻、绿藻等开始繁盛。北美、华南、波罗的和澳大利亚等均有布尔吉斯页岩型生物群的分布(Hendricks et al., 2008; Meert and Lieberman, 2008;Álvaro et al., 2007),华南的澄江动物群和凯里生物群是当时海洋与海洋生物多样化及生态复杂化过程的见证及窗口(Zhao et al., 2005),共同反映早期后生生物进化的过程,导致包括脊椎动物在内的现生动物各门类的诞生(Shu et al., 2004, 2005 ;Hou and Bergström, 2003)。
(据互联网资料)大部分新元古代冰川记录储存在裂谷盆地巨厚的海相浊流-碎屑流层序,有关陆上冰碛岩及相关沉积物的描述较少。新元古代冰川产生丰富的冰川融水及灾难性寒冷气候下(雪球地球)的沉积物。罗迪尼亚大陆裂解及裂谷事件的发生时间超过200Ma,裂谷作用时期沿走向有明显的穿时性,随着裂谷盆地的形成出现冰川影响沉积(Kendall et al.,2006)。大规模的陆块及海洋格局重组对气候变化发挥了关键作用(Eyles,2008)。
新元古代冰期分布图(635Ma,715Ma)
(Hoffman et al.,2009)
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六、太古宙板块构造启动地球是已知的唯一拥有板块构造的行星,支配了地球演化历史。板块构造是造成地震、火山和其他地质学事件的主要原因。板块运动创造了地球独特的地貌特征,造成水、碳、等物质得到循环,并为生命体的出现形成适宜生存环境。关于地球上何时开始板块构造的争论由来已久。早先认为板块构造开始出现于27亿年前,随着研究深入,认为板块构造开始出现的时间,不断向前延伸,如认为板块构造开始出现在“后期大轰炸期”的这个时间窗口期(冥古宙末期时,38-41亿年前 )。目前有观点认为,38亿年、甚至41亿年前,44亿年前,地球就已经启动早期板块构造(Rey et al.,2014;Ernst,2017)。多数学者认为在太古宙末开始启动。对于地球早期板块构造的起源,一般涉及两种截然不同学术思路:1)岩石圈小板块到大板块,再到超级大陆-超级大洋旋回演变。地球演化经历了早期岩浆海到岩石圈小板块(面积、厚度)、软(薄)板块的、再到刚性巨型板块的地质演化。这是长期以来传统的学术观点,主张早前寒武纪板块刚性和强度随着地球冷却作用不断增强,是板块构造体制发育的基础。随着地质证据和数据的积累,特别是地球动力学的研究,这种学术观点面临着学术挑战。2)从具有稳定而停滞的单个板块体制(滞壳构造,stagnant lid),到板块构造(多板块或活动板片)的初始启动,这是从行星地质对比研究以及地幔对流模拟研究,获得的新观点,正在引起广泛重视。1.板块构造体制的初始发生从早期构造过渡为板块构造不会是突然的(Gerya et al.,2015),30亿年前形成某种形式的板块构造,但不会是现今的板块构造。俯冲作用过程应当是渐变发生的,可能多次开启又停止,造成有裂痕的薄弱岩石圈边界,最终形成各个板块。典型板块构造至少出现于 2.5Ga前后,与较大宽高比的地幔对流相关(Grenholm et al.,2015)。板块和地幔对流是对立统一研究体系中的两个方面,它们不仅有其运动特性,而且会发生相互作用。板片在重力作用下俯冲,以及上涌地幔的冷却,成为地幔对流的动力。一般认为,板片俯冲是诱发地幔流动的关键因素。板块构造体制的出现,要求形成稳态的地幔流动,对流环具有较大的纵横比,但同时也可能造成板块俯冲被锁定。超大陆聚合造成其下方时间依赖的地幔升温效应,大陆岩石圈的出现造成对流环的波长加大。地幔对流导致板块开始运动后,板块又将约束和影响地幔对流(朱涛,2003)。板块构造启动的相关制约,都要求在冥古宙-太古宙的某个时期,地球构造体制发生显著变化。外来小行星的撞击作用、地幔柱活动和岩石圈自行热裂解都是造成单个板块裂解的重要触发因素。地球内部的冷却作用,可能造成洋壳密度增大,发生俯冲。俯冲和板块构造发生需要岩石圈存在三个软弱带。首先,岩石圈-软流圈边界必须足够弱,使岩石圈板块在其上移动。在地球历史早期,岩石圈最初形成,可能出现这样的软弱带。第二是俯冲板块上方需要有弱水化岩带,以建立自持的和不对称(单侧)俯冲。当板块下沉并加压和加热时,俯冲沉积物、大洋地壳和蛇纹石化上地幔释放的流体可以维持弱化界面。第三是通过岩石圈形成大规模横向扩展薄弱带,俯冲带可以在岩石圈形成。这种贯穿岩石圈的薄弱带在现今地球板块边界上不断产生,但如何在静止地球上产生,尚不清楚(Dewey et al.,2021)。从早期滞壳构造到板块构造启动,要求岩石圈与地幔粘度比值到达一定的临界值(Foley et al.,2012),岩石圈内剪切带的粘度在破坏作用下,必须达到下伏地幔粘度的临界值,才能开启板块构造。一般认为,地球岩石圈的强度低于其他类地行星。但在一般的地幔对流模式中,并未讨论地球岩石圈的裂解问题,只是先验地降低岩石圈强度,使岩石圈-地幔对流随时间演化,发生板块构造扩张或俯冲。
板块构造与滞壳构造之间的转换模式图
(据互联网资料)板块构造是由冷的向下俯冲的板片具有负的浮力驱动的。板片俯冲模式取决于板片强度及板片上方岩石水化(Gerya et al.,2008),板块强度较低时,发生双侧俯冲。稳态的单侧俯冲,要求板片强度较高以及板片上方岩石发生水化作用,变质作用造成流体释放,维持了大洋板块俯冲薄弱面的存在,有利于单向俯冲发生。地幔对流形成宽阔的板块和狭窄的板块边界。冥古宙岩石圈强度随时间发生变化,无水条件下岩石圈强度较大,以滞壳构造为主。板块发生大规模的俯冲作用(Rey et al., 2014),要求横向构造应力克服上覆板片的粘滞力。为此,地表温度影响岩石圈的破坏过程,并影响板块是否开启。地球内部的冷却作用,也可能造成大洋与大陆岩石圈之间的密度和粘度差增大,而发生板块俯冲作用。
冥古宙岩石圈板块强度的变化示意图(Maruyama et al.,2018)如果早期地球没有海洋,其板块强度可能太高,以滞壳构造体制为特征。随着海洋的形成,造成板块强度降低(<200-300 MPa),板块边界弱化(摩擦系数<0.1-0.2)),有利于发生榴辉岩化。板块强度降低促进板块边界的发育和板块独立运动,表明冥古宙可能造成了板块构造的初始形成。为此,水是板块构造初始发生的必要条件,大洋形成是地球上出现板块构造的关键因素(Maruyama et al.,2018)。通过设定岩石圈物理参数,模拟地幔对流可以实现板块初始发生过程,包括洋中脊地幔上涌、板片俯冲、汇聚等。岩石圈顶部热边界层的屈服应力和地幔对流造就了板块构造。地幔对流表现为冷的岩块下沉,热的岩浆带着地球内部的热能上涌。岩石圈板块是地幔对流重要的顶部热边界层,岩石圈板块主要在重力作用下发生俯冲,对地幔具有冷却释热作用,使地幔对流作用取决于时间而演化。地幔对流与岩石圈板块运动一体化的数值模型,改变了孤立研究岩石圈板块的困境,岩石圈板块运动即是地幔对流的组成部分,大洋板片深俯冲对应地幔下沉对流,具有动力学和热力学意义。2.类地行星的大地构造模式随着类地行星地幔热流不断降低,从岩浆洋到滞壳构造,到板块构造,再到滞盖构造,它们之间的地幔热流条件,存在跳跃式发展(下图),从海沟开启和洋中脊锁定的势温度区段,决定了板块构造运行(Sleep,2000)。
类地行星构造体制随热流演化示意图
(Sleep,2000)Stern等(2018)以类地行星为参照案例,初步提出硅酸盐行星由岩浆洋到热管构造到活动壳到滞壳的可能的构造演变序列,并主张岩石圈厚度和强度、演化时间(热流)是行星构造演化的主控因素。这些构造模式有待航天探测来证实或细化。从滞壳构造到板块构造的转换之间,要求地幔热流的升高(Sleep,2000;Bikilli等,2013),板块俯冲是关键的启动因素,而海沟的锁定,如碰撞造山带的形成又可能使板块构造向滞壳构造体制发生转换。太阳系类地行星(硅酸盐行星)可能的构造演化阶段类比图(Stern et al.,2018)
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七、冥古宙洋、陆的地壳分异冥古宙是地球上最老时期(沈其韩等,2016)。Cloud(1972)将地球或太阳系的形成之前到约4000Ma,笼统地称为冥古宙(地球历史的前6.4亿年的历史阶段),意指地质记录较为模糊时期,即从地球形成到最古老的而且得到确定测年的岩石年龄为止。太阳系(混沌宙,Chaotian)形成和地球(冥古宙) 早期演化的时间表(Goldblatt et al.,2010)研究发现~4567Ma的古老同位素年龄值,出现在陨石富集钙和铝的耐熔包裹物之中(梅冥相,2016)。~4567Ma,代表地球与太阳系形成的时代,固体太阳系物质的首次形成。全球克拉通与造山带分布图(Furners et al.,2015)(罗宾逊投影,投影中心,180°经线)克拉通陆块主要见于全球大陆内部,主要包括:东欧、西伯利亚、北美、格陵兰、巴西、亚马逊、非洲、澳洲、南极、哈萨克斯坦、印度、阿拉伯克拉通,以及华北、塔里木和扬子等众多陆块。图中灰色部分可分为浅灰色、中灰色和深灰色,其中浅灰色为造山带,中灰色和深灰色部分为克拉通。
太古宙和冥古宙地层表划分建议
(Bleeker(2004;沈其韩等,2016)大于44-38亿年的岩石-矿物地质记录,出现于(西澳大利亚、格陵兰、加拿大、南极、华北)等地。最老的陨石年龄为4567Ma、2005年美国阿波罗飞船带回的月岩年龄为4470Ma,均可以类比这个时期地球的形成。4567Ma,地球与太阳系形成时代,固体太阳系物质首次形成,代表冥古宙起点年龄值;4404Ma,地壳物质首次出现(梅冥相,2016)。地球是太阳系中唯一已知存在正在活动的板块构造的星球,地球早期形成的岩石圈记录在后期不断活动改造之下所保留下来的部分会随时间推移不断减少。冥古宙岩石证据可能在漫长地质演化过程中被不断破坏,也可能地球在冥古宙时期并没有地壳的形成(Harrison,2009)。“晚期重轰炸”(Late Heavy Bombardment,LHB)38-41亿年前,在月球表面上留下了这一时期的大量陨石坑及撞击事件的长期记录,称为“晚期重轰炸期”(LHB,39.5亿年冥古宙末期,历时3亿年之久)。LHB被视为阿波罗时代最伟大的发现之一。LHB是指40亿至38亿年前影响太阳系内部的高频率碰撞事件。地球没有保存这些重大撞击事件的痕迹。LHB的痕迹,可以在月球和火星等其他行星的撞击坑广布的表面,或来自小行星带陨石撞击熔化年龄记录中发现。LHB代表的行星增生过程中缓慢减少时期时间上集中分布的灾变性事件,即太阳系形成很久之后,由巨型行星轨道的重新调整引发。
“晚期重轰炸”(LHB)(40-38亿年)
(Kasting and Catling,2003)新的研究表明,LHB开始于约41亿或者42亿年前,且持续更长的时间,有人认为可能更早发生,约在4.20-4.37 Ga(Maruyama et al.,2017)。同位素测年揭示,大批小行星曾在狭窄时间窗(持续约5000万年内)连续撞击月球,留下无数的撞击坑。由此推测,地球可能也经历了LHB撞击事件,因受板块构造活动改造,未能保留下来这些陨石坑记录。其强度足以将地球表面的大部分熔化,留下丰富的岩浆活动记录,早期地壳记录和大气圈被破坏消失,但是也带来地球上孕育早期生命的水和化学成分。
(Maruyama et al.,2017)4.53 Ga出现大气和海洋。注意在0.3 MRE(地球平均半径)(保持大气)、0.5 MRE(火星)(形成表面岩浆海洋)和0.7 MRE(核心分离)时逐步分异,4.53 Ga发生巨大撞击,不久后海洋再次出现。有学者认为水在地球形成初期,由原始大气中的氢、氧化合成,水蒸气凝结下来形成海洋;也有学者认为水原先就存在于地球的星云物质中。其中,地球上的水来源于太阳系外围众多的彗星这一理论较成熟,认为地球形成非常晚时期,大量含水物质被输送到地球上。太阳系外围的彗星是地球上水的源头,众多彗星与地球撞击过程中将携带的大量水留在了地球上。而研究表明,67P彗星氘(D)与氢(H)的值(D/H),与地球海洋(是地球的2倍值>海洋)不一样,大于地球海洋的3倍,不支持水主要来源于彗星的观点。也有研究表明,地球上的水可能在行星刚形成就已经存在,来源于组成太阳系原始物质,而非是后期通过彗星带来(Piani et al.,2020)。同位素组成表明地球是来自太阳系内部物质组成的,如顽火辉石球粒陨石。由于太阳系温度太高,不可能保存水、冰。地球上的水被认为是由太阳系外部在向内迁移之前形成的水合物质提供的。从地球形成时,水就是地球组成部分。地球自身包含大量含水物质(顽火辉石球粒陨石),这些物质中的水在地球内部被合成,通过火山喷发等地质活动释放到空气中,最终冷凝成雨水降落到地表上,形成现今海洋(Piani et al.,2020)。另有理论认为,地球水来自雪线外的小行星,因为某些陨石(小行星碎片)的氘(D)与氢(H)的比值与海水的D/H比值一致。
内、外太阳系位置示意图
(Lin et al.,2020)ABEL模型(advent of bio-elements,生命元素降临模型)该模型主张两步形成地球。第一步(4.56 Ga),最具还原性的顽火辉石类球粒陨石物质,增生形成完全干燥的地球,此时还没有大气和海洋。第二步,由含碳球粒陨石冰冷小行星,从小行星带外部直接撞击地球,由于木星、土星和大约4.4 Ga已经消失的气体巨星(“Black Sheep”)的引力散射(gravitational scattering),向干燥的地球输送大气和海洋成分。此外,对水(以及挥发物和铂族元素)的撞击,被称为生命元素巨变撞击事件(ABEL Bombardment),这是早期地球进化为生命行星最重要事件(Maruyama et al.,2017)。之后,还原性和氧化性物质混合,引发新陈代谢反应,成为地球上生命出现的第一个触发点。生命的出现必须有一颗还原性行星形成。此外,生命元素巨变撞击事件使地球从滞壳构造体制,向板块构造过渡,通过向干燥地球注入挥发物,使其成为宜居的三位一体行星(Trinity planet)(Maruyama et al.,2017)。冥古宙地-月系统的模型示意图
(Biggin et al.,2018)3.地核的冷却过程目前对内核如何生长知之甚少。在内核形成之前,整个内核都是熔融状态,内核的年龄比地球的年龄(大约46亿年)年轻,内核不可能是太阳系形成时继承的原始特征。地球形成之初,地核完全是液态的,固体内核形成的时间一直争论。内核是地球相对较新的组成部分,估算其形成时间为5亿~20亿年前。地球内核是10亿~15亿年前,从熔融外核中“固结”(2015,Nature)。元古宙火成岩的研究发现,古地磁强度在这段时间急剧增加,指示内核固态铁的首次出现。地球内部的结构示意图(/)地球上地幔结构可以从地震波得出。主要层圈是地壳、地幔和地核左图地球沿赤道面的横剖图(Torsvik et al.,2016)右图地幔通过地幔柱生成带(PGZ)的直立横截面图(Torsvik et al.,2016)Driscoll等(2016)确定了元古代(25-5.4亿年前)13亿年时间跨度内,多达10个额外的超时段(Superchron)。在1.30-1.00Ga之间,出现3次正常磁场超时段(超时段:两次地磁倒转之间的一段时间,持续时间超过千万年),说明过去20亿年大部分时间里,由地球发电机驱动的超时段,以相似的速度发生。地球自形成以来不断冷却,热量流失到太空,行星内核应该在大约5亿到10亿年前开始结晶。实际上,地核的年龄比之前估计的要古老得多。正磁期地核及其古地磁历史
(Driscoll et al.,2016)
上图说明,随着时间推移,当地球的熔融地核形成和凝固时,有正常极性和反极性(Normal and reversed polarity)的超时段(Superchrons)
由此推测,这一时期地表俯冲板片的俯冲通量(进入地幔的冷板面积)较小,未对地磁场产生扰动。考虑板片俯冲通过50Ma-250Ma运动才能到达核幔界面,表明其为超大陆稳定存在时期,俯冲活动明显减少或者未到达核幔界面。前寒武纪古磁场强度总体低于显生宙,具有随时间显著变化的特征。前寒武纪的磁场强度的峰值出现于约2.4–2.5 Ga,1.9–2.0 Ga,约1.25 Ga及0.9 Ga,并不直接对应于地壳生长峰值一起变化,而是滞后约50-100 Ma,可以解释为它们是由于核-幔界面上低温物质(大洋板片俯冲)堆叠造成的。核-幔界面上低温物质积聚滞后于板块运动速率峰期50–100 Ma(O'Neill, et al.,2013)。在这些堆叠形成之前,核-幔界面被前寒武纪高地幔温度所隔热。俯冲幕或地幔崩塌后一段时间,致密的低温板片到达核幔界面,高温地核与低温板片接触,造成核-幔界面热通量增加。地核内对流重新调整,随后一段时期地表磁场强度也发生变化,所增强的磁场强度,反映液态外核对流活动加剧。
约45.6亿年前太阳系化学分带进程示意图(Maruyama et al., 2017)2.地月系统的形成类地行星形成主要由小天体通过碰撞而累积,随后成长为原行星,包括这些原行星之间的潜在碰撞。月球与地球岩石之间的同位素具有相似性,由此产生推出月球与地球的共进演化。原始地球和火星大小天体之间碰撞,是月球起源的最佳假说。约45亿年前,一个火星大小的原始行星(Theia),与初生地球发生碰撞,形成地-月系统。这种撞击导致由撞击体和原始地球物质组成的环绕地球轨道的吸积盘,而原始地球是构成月球所需挥发性和亲铁性物质的来源(Grieve and Osinski,2021)。与行星相撞,导致地球的大部分水蒸发。它还可能重熔部分地球表面,破坏有价值的混沌属性,并在地球周围和现在包围它的巨大的、狂暴的碎片云周围,创造出等离子金属蒸气的大气层(Hruska,2019)。