地球的热历史

地球的热历史与地球的起源、演化有密切关系，要计算和演绎地球的热历史，须了解地球的初始温度，这便涉及地球的起源问题。有关地球的热起源问题，主要存在两种假说，一种是高温起源说，另一种是低温起源说。

高温起源说认为原始地球和其他行星一起是从太阳分离出来的。按照这一观点，原始地球的温度从一开始就很高，以后逐渐冷却，地球内部的热量就是原始地球的残余热。但后来发现，地球的残余热量，远不能使地球内部维持到现在的热状态。自20世纪初（1903年）发现放射性元素以来，有人才认为放射性元素衰变产生的能量，不断地补充着地球向宇宙空间散失的热量，从而大大延缓了地球的冷却速度。

图8-11 斯梅斯洛夫综合的地球内部温度分布曲线

低温起源说则认为，由于地球是由冷的星云物质集聚而形成的，因此开始时温度并不高，以后由于星际物质中放射性元素衰变释放的能量，储存于地球内部，才使地球内部逐渐聚积起越来越多的热能。

从20世纪40年代起，人们对高温起源说的怀疑越来越大，因为它不符合许多天文观测事实和地球上所见到的大量地质证据。目前，多数人认为，地球是由一些低温的尘埃、气体和陨石等原始星云物质结合而成。这些原始星际物质在其相互碰撞、集聚过程中，大部分动能转变成热能，由于它们的导热性能差，热量不易散失，于是聚积起来的热能可使原始地球内部的温度很快升高。据统计，原始地球内部的平均温度约为1000℃（Press et al.，1974）。在（45～47）×10⁸a以前，地球已作为一个独立的星体出现，但由于温度尚未达到原始星云物质的熔点，因此，当时的地球还只是一个未曾分异和较为均质的“混沌体”。原始地球一旦形成以后，星云物质撞击生热和重力压实转换热能就逐步居次要地位，而放射性元素的衰变热在地球内部加热过程中则起着越来越大的作用。据李氏（1967）及迪肯松和鲁斯（1971）等推算，45×10⁸a前地球的放射性生热量约为现今的7.5～8倍，当时的平均地温梯度可高达15℃/100m。在这种情况下，原始地球内部的温度将继续快速上升。汉克斯和安德森推算了不同时期地球内部的温度变化，据估算结果，在原始地球生成后的5×10⁸a内[即大约（40～42）×10⁸a前]，地球内部平均温度约已升高至1500℃。再过5×10⁸a[即大约（35～37）×10⁸a前]，地表下400～800km处的温度已达到铁在该深度相应的压力下的熔点。铁一旦熔融，将不断向地心集中，于是又释放出大量由重力分异能转换来的热能。这部分热量将使整个地球的平均温度升高至2000℃，足以使绝大部分地球物质处于熔融状态。

俄罗斯人留比莫娃和美国的麦克唐纳对研究地球如何演化到目前状态进行了各种模拟计算，认为即使地球在30×10⁸a或45×10⁸a以前处在低温状态，但随着时间的推移，其内部的温度却会大大升高，使部分地幔熔化，铁质集中到地球的中心变为地核，而轻元素则集中在地球的表层形成地壳。

由上述可见，在原始地壳分异过程中，温度起着决定性作用，可以说，地球内部生成和储存的巨大能量，是推动整个地球发展的内在动力，整个地球的发展史在一定程度上是一部地球的热发展史。