地球内部的热量主要有两个来源,一是45亿年前地球形成时残留的,二是地球内部的放射性元素衰变会释放大量能量,这些能量足够让地球在40多亿年间维持着高温。
地球表面的平均温度大约是14℃,地球核心温度高达5000度,在没有太阳光照射的太空,温度低至-270K;一百多年前,英国著名科学家开尔文,把地球想象成最初是一个巨大的熔岩,然后经过冷却后形成了如今的地球,他根据热力学传导定律,计算出地球年龄在2000万~4亿年间。
开尔文得到的地球年龄与实际相差了十多倍,现在我们知道地球年龄大约是45.5亿年,根据开尔文的地球冷却模型,45亿年足够让地球冷却到零下100摄氏度,然而事实并非如此。
主要的原因在于,地球内部的热量,有很大一部分来自于放射性物质的衰变,有些物质的半衰期非常长,能在数十亿年间给地球内部提供热能,比如铀-238的半衰期高达44.68亿年。
根据行星系的形成模型,太阳系形成于45亿年前,地球也是在那个时期形成的,太阳系原始星云坍缩形成了太阳,在太阳周围的物质聚集形成了行星,其中就包括我们的地球。
星云物质在坍缩过程中,引力势能转变为动能,然后一部分动能使得地球自转,另外一部分动能消耗为热能,所以地球刚形成时温度是很高的。
经过上亿年的冷却之后,地表温度低了很多,然后在地球的向阳面,太阳辐射使地球表面升温,在地球的背阳面,地球通过热辐射把热量释放到太空当中,总的来说地球热量的损失要比吸收的太阳辐射高,然后地球内部的热量补充到地面,使得地球表面的平均温度维持在0摄氏度左右,生命才得以生存和进化。