逍遥学能 2016-09-17 17:11
地球内部不断有热量向外溢出，如火山、温泉。它们像一扇扇窗口，从中可以窥测地球深处的热状态和热性质。如果你去过矿井，就会发现，每向下100m，温度可提高2℃～3℃。这表明，地球内部是热的，越深温度越高；但并非按上述变化率增加。
如何系统地研究地球内部热状呢？内部的温度分布如何？为此，首先需进行全球性的地面热流测量。所谓地面热流密度，是指每秒钟通过每平方厘米面积向外散发的热流量。这种测量需要在深井内进行，通过测定温度，并利用岩石的热导率，可以计算出热流大小。目前，根据全球已有一万多个测点数据，可算出地球每年向外流出的总热量，大约为1021J。这数值虽然比起地面每年接收的太阳辐射总热量（1024～1025J）要小很多。但这是一项不可忽视的地球热现象。
什么原因造成热流向外溢出呢？这涉及热源问题。目前对热源的认识还不统一，但主要集中在以下三个方面：第一，放射性热。地球内部有许多放射性元素，其放射性衰变可用来测定岩石和地球年龄；其伴随的放射性热为地球提供热源。有人用球粒陨石中的放射性含量比例计算热产量，所得每年热产量与上面所得每年热流值相近。第二，势能转换热。这种热量是从地球形成时，由于物质聚集作用，将热能转换为动能，然后通过撞击又转换为热能实现的。地球的分层伴随重物质流向地心，轻物质浮向地表，同样也会将势能量绝症转换为热能。显然，这部分是难以估计的。第三，自转速度变慢带来的动能转换热。据估计，这部分贡献很小。总的看来，地面热流的热源，主要来自富集地球上层的放射性热，其次是地球中下层的原始热（即势能转换热和动能转换热）。
目前认为，热源所提供的热量从深部输送至地表，主要有两种方式：一是热传导，一是热对流。热传导机制较复杂，包括声子、光子、激子等多种激发传热形式。热对流是一项十分有效的携带热量方式。物体内有温差，物质就可从高温处流向低温处，热能也随之迁移。这种对流需两个条件：物体的流动性和温度差异。显然，地球内部具备这些条件。其中地幔低速层和液态外核，是发生热对流的最理想的场所。
知道了热源和传热方式，则可利用热传导方程计算地球内部的温度分布。此外，可采用速度与物质熔点关系、电导率与温度关系、岩石组成与温度关系问题等间接方式，对地球内部温度加以估计。从整个变化趋势看，温度随深度而增加，在地壳内部大约从几十度到几百度。一般在20～30km以下已超过使岩石失去磁性的温度（居里点）；在幔核边界约4000℃；而到地心不超过5000。因此，地球是一个炽热球体。人们生活的大地，不过是这个炽热球体已经或正在冷却、凝固的表层。然而，由于源源不断的地球内部热量向上传输，又造成地球表层的运动变化，使地球至今充满活力。