地球是已知的唯一存在板块构造运动的行星。在现代地球，板块构造运动深刻影响着地表−深部的物质和能量循环。板块俯冲将大量冷板片和地表物质带入地幔，从而改变着深部地幔的物理和化学性质。来自地球内部的岩浆在洋中脊、俯冲带和陆内裂谷等环境上涌到达地球表面，参与表生生物地球化学循环，影响着地表环境和气候的变迁。在漫长的地质历史时期，地球上的板块构造体制经历了一系列的发展和演变。早期地球的地幔温度较高，难以形成稳固的大洋板块和持续的俯冲运动。随着地幔温度逐渐降低，地球的构造体制在古元古代初期进入早期板块构造阶段，持续性大洋板块俯冲和超大陆的聚合全面启动；而后至新元古代晚期发展为现代板块构造，以普遍发生的大洋板块深冷俯冲以及陆壳俯冲为特征。然而，板块构造体制的演化，尤其是现代板块构造的启动，是否加剧了地表−深部之间的物质和能量交换，是否驱动了宜居地球的演化，这些问题还缺乏足够的认识。

地幔来源的岩石为研究地质历史时期地幔物理化学性质的演化提供了重要的样本。我们统计了全球陆内玄武岩的地球化学成分，以玄武岩的碱性指数[AI = (Na₂O + K₂O)²/(SiO₂ – 35)]来限定其岩浆形成时的温度和压力条件，结合前人对地幔潜在温度(T_P)的测定结果，模拟计算了过去十亿年以来地幔潜在温度的演化曲线。结果显示，在新元古代早期T_P稳定在约1450 °C左右；而在现代板块构造启动和雪球地球事件后，在成冰纪−埃迪卡拉纪(约720−541 Ma)之间，T_P迅速下降了约50 °C。T_P在这一时期的迅速降低反映了现代板块构造启动后，大量的冷的大洋岩石圈被输送至地幔，导致地幔的迅速降温。而雪球地球消融初期，大量的沉积物被运移堆积于海沟，对板块俯冲界面起到了润滑作用，可能促进了板块构造向现代样式的演化。

在现代样式板块构造体制下，全球普遍的大洋和大陆岩石圈俯冲可能显著提高了地表和深部地幔之间的物质循环通量和效率。具有硅不饱和高碱性特征的霞石质岩石，自显生宙初期开始普遍出现，反映了沉积碳酸盐通过俯冲输送到地幔，碳酸盐化的地幔可以在较低的温度下发生部分熔融。俯冲碳酸盐的加入造成了霞石质岩石的大量喷发，由此产生的霞石类岩石和其它高碱性岩石具有较高的氧逸度。因此现代板块构造开始后，地幔温度的迅速降低增强了地表和深部之间碳循环效应，可能与显生宙以来地表较高的氧气含量有所关联。

通过进一步分析全球陆内玄武岩的同位素和元素地球化学数据，我们发现具有富集地幔特征的陆内玄武岩在约300 Ma后才开始出现。这一变化与金伯利岩以及其它对流地幔来源的基性岩浆的成分和频率变化相一致，反映了俯冲物质对于对流地幔化学组成的显著影响。而具有富集地球化学特征的陆内玄武岩和金伯利岩的古地理位置与其距离俯冲带的距离没有明显的相关性。考虑到俯冲板块下沉到下地幔而后通过地幔上升流回到上地幔，再喷发至地表的时间间隔至少为250−300百万年，约300 Ma后富集陆内玄武岩和金伯利岩的喷发可能是新元古代末期现代板块构造启动的结果。在现代板块构造体制下，泛大陆聚合期间(包括冈瓦纳大陆的拼合，约630−320 Ma)，大洋岩石圈俯冲通量的增加，尤其是陆壳俯冲的全面开始，从根本上改变了对流地幔的成分，驱动着全球尺度对流地幔化学成分不均一性的演化。

综上所述，通过对全球玄武质岩石全岩地球化学数据的统计学分析，我们识别了近十亿年以来全球对流地幔来源岩浆岩化学成分的关键变化，并结合模拟计算和板块重建等方法，探讨了现代板块构造的启动对于对流地幔热状态和化学成分演化的深刻影响。