Радиоактивное теплообразование
Одним из основных источников внутреннего тепла Земли являются радиоактивные распады изотопов урана (²³⁸U, ²³⁵U), тория (²³²Th) и калия (⁴⁰K). Эти элементы входят в состав силикатов земной коры и верхней мантии. Интенсивность тепловыделения может достигать:
Максимальные концентрации наблюдаются в гранитах, гнейсах, кислых вулканических породах. Именно радиоактивный распад обеспечивает около 40–50% теплового потока земной коры.
Остаточное тепло аккреции
При формировании Земли происходили интенсивные процессы аккреции метеоритного вещества, сопровождавшиеся колоссальными энергетическими выбросами. Значительная часть этой энергии осталась в недрах в виде тепла. Хотя за миллиарды лет основная доля аккреционного тепла рассеялась, его остатки продолжают влиять на тепловой режим нижней мантии и ядра.
Гравитационная дифференциация вещества
В ранней истории Земли происходило разделение вещества по плотности: тяжёлые элементы (железо, никель) опускались к центру, лёгкие — к поверхности. Это сопровождается гравитационной потенциальной энергией, которая превращается в тепло. Дифференциация — один из главных источников тепла при формировании ядра.
Кристаллизация внутреннего ядра
По мере охлаждения Земли жидкое внешнее ядро постепенно кристаллизуется, формируя твёрдое внутреннее ядро. Процесс сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации, а также гравитационной энергией от осаждения кристаллизованных частиц в центр. Это дополнительный источник тепла, поддерживающий конвекцию в жидком ядре и генерирующий геомагнитное поле.
Тектонические и механические источники тепла
Деформации литосферы, сдвиговые разломы, субдукционные процессы сопровождаются трением, которое локально преобразуется в тепло. Особенно выражено это на активных тектонических границах. Локальные аномалии теплового потока могут быть связаны с зонами растяжения и сдвига.
Метаморфизм и экзотермические реакции
Метаморфические процессы (рекристаллизация, дегидратация, декарбонизация) сопровождаются химическими превращениями, часто с выделением тепла. Хотя вклад этих процессов в общий тепловой баланс Земли незначителен, они важны в масштабе отдельных регионов, особенно в зонах коллизии плит.
Магматическая активность
Инъекции магмы из мантии в земную кору представляют собой мощные локальные источники тепла. Температура магмы достигает 1200–1300 °C, что резко повышает температурный режим окружающих пород. Магматизм влияет на геотермальный градиент и термомеханическое состояние коры в пределах крупных магматических провинций.
Циркуляция флюидов
Гидротермальные системы, особенно в океанических районах и
вулканических регионах, перераспределяют тепло в верхней части
литосферы. Вода, проникая в трещины, нагревается и выносит тепло к
поверхности. Это создаёт зоны аномально высокого теплового потока, как,
например, в районах чёрных курильщиков на срединно-океанических
хребтах.