深部水循环与地球冷却的延迟启动

我们星球上发生的变化可追溯到两个能量来源之一：太阳和地球内部能量。构造板块运动、火山活动、山脉建造以及地质时间尺度上地球表面的重塑都依赖于地球内部能量。构造活动由内部能量驱动，并影响能量被汲取的速率，即地球的冷却速率。岩石学数据表明，冷却在地质历史中并非以恒定速率发生。内部冷却在约25亿年前一直较为温和，随后增强（图1）。随着地球冷却，水在岩石圈内部（地壳和地幔）与地表之间循环。水影响地幔岩石的黏度，进而影响构造活动的节奏，并由此关联地影响地球冷却。我们提出了一系列与深部水循环耦合的热-构造历史模型，表明岩石学约束的地球冷却速率变化可由地质时间内深部水循环的变化来解释。冷却速率的变化不需要地球全球构造模式的改变，而可由地球内部与其表层圈层之间水循环平衡的改变来解释。该水循环变化的性质与时间可与大陆地壳性质的变化及与之相关的大气氧含量上升相对应。由此预测氧含量的上升在时间上应与地球冷却速率的变化相关，这与数据约束相一致。