地球内部的热源

地球表面附近的热状态与热的外流受控于地球内部的热源。显然，对形成地热场有重大作用的热源必须满足于以下条件：

第一，它们应当有足够的丰度；

第二，它们的热产率应该足够大；

第三，它们应该在相当于地球年龄的整个历史时期一直发挥作用。

在整个地球的历史时期中，是什么样的能源产生如此巨大的热量呢？多年来的观测与研究表明，在地球内部热源中，经常起作用的全球性热源有：放射性衰变热、地球转动热以及外成生物作用释放的热能（图8-1）。

1.放射性衰变热

放射性衰变热，也称放射热或放射能，是地球内部岩石和矿物中具有足够丰度、生热率较高、半衰期与地球年龄相当的放射性元素衰变时产生的巨大能量，它构成了地球的主要热源。

目前多数人认为，在整个地球发展的历史过程中，能为地球提供巨大热能的放射性元素是少量长寿命的放射性元素铀（²³⁵U，²³⁸U）、钍（²³²Th）及钾（⁴⁰K）等（表8-1）。

表8-1 长寿命放射性元素的生热率表

由表8-1中所示的数据可以看出，放射性同位素²³⁵U的生热率最高。铀在地壳岩石中的丰度为（2～4）×10^—6，它在地球各圈层中的分布是不均匀的。

地球化学研究表明，这些长寿命的放射性同位素在地球演化、分异过程中主要集中于地壳及上地幔顶部，在大陆地壳上部酸性岩浆岩石最为富集，而在基性、超基性岩中，如玄武岩、橄榄岩和榴辉岩中含量最低，如表8-2中所示，两者的生热率可差数百倍，花岗岩为818.0×10^—8cal/（g·a），而橄榄岩仅为2.26×10^—8cal/（g·a）。粗略统计，酸性岩浆岩的生热约占生热总量的70%，基性岩约占20%，超基性岩约占10%。

表8-2 各种岩石的放射性衰变热产率

近年来，还有观点认为地球放射性热源中短寿命的放射性同位素铀（²³⁶U）、衫（¹³⁶Sm）、钚（²⁴⁴Pu）和锔（²⁴⁷Cm），也都具有足够的半衰期，能在地球最初形成以后10⁷～10⁸a间对地球加热。据统计，这四种放射性同位素在这个时期能够产生的热量大约为钾（⁴⁰K）所产生的热量的20倍。

根据地球内热所做的理论计算结果，按地球理论热模型估计，来自地球内部的热流有4/5是由放射热所提供的。

2.其他内部热源

地球转动热，也称地球转动能，是由于地球及其外壳物质密度的不均匀分布和地球自转时角速度的变化，引起岩层水平位移和挤压而产生的机械热。这一变化使地球的外壳产生巨大的应力集中，地壳因此遭到破坏。地球转动热在地球内部的热源中居次要地位。

外成-生物作用产生的热量一般称化学反应热，也称化学能，是地球内部热源中经常起作用的能源。

按地球的高温起源说，地球的残余热是指地球起源于炽热的火球，当它形成以后逐渐冷却而残留下来的并一直保持着的热量。这种原始地球的“残余热”是否存在以及它在地球内部的热源中所起的作用问题，是地球科学界长期争论的问题之一。

地球物理的重力分异热，也称重力能，是指地球物质在重力分异过程中产生的能量。

地球的内部是什么，里面的温度有多高？