# تدرج الحرارة الأرضية

تدرّج الحرارة الأرضية في الجيولوجيا هو معدل زيادة درجة الحرارة مع زيادة العمق نحو مركز الأرض، وهذا يتضمن انتقال الحرارة من داخل الأرض الساخن إلى سطح الأرض البارد. ويبلغ معدل زيادة درجة الحرارة بزيادة العمق في باطن الأرض بين 25 - 30 درجة مئوية لكل كيلومتر عمق وذلك بعيدا عن حدود الصفائح التكتونية. تلك هي طبيعة الأرض في معظم أنحاء العالم.
وعندما نتحدث عن تدرّج الحرارة الأرضية فيجب أن لا ننسى أن تلك الخاصية ليست تخص الأرض وحدها، بل هي من خصائص الكواكب أيضا، ويتصف كل كوكب بمدرجه الحراري الباطني الخاص به.
وتأتي الحرارة الأرضية من مصدرين حراريين، أحدهما هو نتيجة لتقلص الكرة الأرضية تحت فعل الجاذبية عند نشأتها من الغبار الكوني، وهذه الحرارة تشكل نحو 20 % من الحرارة الأرضية المركزية، مضافا إليها الحرارة الناشئة عن النشاط الإشعاعي للعناصر المشعة الموجودة في باطن الأرض، وتشكل حرارتها 80 % من الحرارة الأرضية الكلية.
ومعظم النظائر المشعة التي تقوم بإنتاج الحرارة الأرضية البوتاسيوم-40 واليورانيوم-238 واليورانيوم-235 والثوريوم-232.
وقد تبلغ درجة حرارة مركز الأرض نحو 7000 درجة مئوية والضغط فيه قد يصل إلى 360 جيجا باسكال.
ونظرا لكون معظم حرارة الأرض ينشأ من النشاط الإشعاعي يعتقد العلماء أنه في بداية تاريخ الأرض وقبل تحلل النظائر المشعة ذات عمر نصف قصير أن حرارة الأرض كانت أعلى بكثير عن الآن. وقبل نحو 3 مليارات من السنين تدل الحسابات ان معدل توليد الحرارة الداخلية للأرض ضعف معدله الآن. كان ذلك المعدل المرتفع للتولد الحرارة الباطنية والمعتقد أنه كان يبلغ ضعف معدله الآن. ويعتقد ان ذلك المعدل المرتفع في الماضي السحيق هو سبب زيادة الحمل الحراري في الغلاف الأرضي وتحرك الصفائح التكتونية بحيث تسمح بتكون صخور نارية مثل كوماتيتيس، تلك الصخور التي لا تتكون في الوقت الحالي.

## مصادر الحرارة

ترتفع درجة الحرارة مع زيادة العمق في باطن الأرض. وتشير المعلومات عن وجود طبقات أرضية شبه سائلة تصل درجة حرارتها بين 650 و1200 درجة مئوية على أعماق تصل إلى 80 أو 100 كيلومتر من غلاف الأرض Mantle. وتصل درجة الحرار في مركز الأرض على عمق نحو 600 كيلومتر نحو 5650 ± 600 كلفن. ويبلغ مقدار الحرارة الموجودة في الأرض نحو 1 10$^{31}$ جول.
* ويعتقد أن معظم الحرارة المتكونة في قلب الأرض ناتج عن النشاط الإشعاعي للنظائر المشعة الطبيعية. وبالتقريب تتسرب بين 45 % و90 % من حرارة الأرض من سطحها وهي حرارة ناشئة عن النظائر المشعة في غلاف mantle الأرض .
* كما تولدت وتجمعت في الماضي البعيد أثناء عملية تقلص الأرض بسبب الجاذبية حرارة وكذلك من الشواهب الساقطة على الأرض والتي كانت تحتوي على عناصر ثقيلة مثل الحديد والنيكل والنحاس وتمركزت في قلب الأرض.
* وربما نشأت بعض الحرارة عن المجال المغناطيسي للأرض.
* ويفترض أنه بين 10 % إلى 25 % من الحرارة المنتشرة من الأسطح قد يكون من تفاعلات نووية في قلب الأرض.
* كما قد تنشأ حرارة من قوي المد والجزر على الأرض أثناء دورانها لأن القارات لا تستطيع الحركة مثل المياه، فالأراضي تتعرض لضغوط وأحتكان يولد حرارة.

## مواد مشعة في غلاف الأرض

نظائر تنتج حرارة حاليا :
| النظير | إنتاج حراري للنظير [وات/كيلوجرام] | عمر النصف [سنوات] | التركيز في الغلاف الأرضي [كجم نظائر/كيلوجرام من الغلاف] | الإنتاج حراري [وات/كيلوجرام من الغلاف] |
| $^{238}$U | 9.46 × 10$^{-5}$ | 4.47 × 10$^9$ | 30.8 × 10$^{-9}$ | 2.91 × 10$^{-12}$ |
| $^{235}$U | 5.69 × 10$^{-4}$ | 7.04 × 10$^8$ | 0.22 × 10$^{-9}$ | 1.25 × 10$^{-13}$ |
| $^{232}$Th | 2.64 × 10$^{-5}$ | 1.40 × 10$^{10}$ | 124 × 10$^{-9}$ | 3.27 × 10$^{-12}$ |
| $^{40}$K | 2.92 × 10$^{-5}$ | 1.25 × 10$^9$ | 36.9 × 10$^{-9}$ | 1.08 × 10$^{-12}$ |
النظائر المشتركة في الإنتاج الحراري:
* $^{238}$U: اليورانيوم-238
* $^{235}$U: اليورانيوم-235
* $^{232}$Th: الثوريوم-232
* $^{40}$K: البوتاسيوم-40