質問: 地球内部の熱の熱源は何ですか。 その熱源は今も熱を発生し続けているのですか。 地球の中心部では核融合反応もしくは核分裂反応が起こっていると考えられますか。 またその熱は地球表面から発散し失われているのですか。 地球内部の総熱量は計算されていますか。 地球内部の総熱量と総発散量の関係を示す熱方程式はありますか。 それを基に地球内部の熱は時間とともにどのように変化するのか分かっていますか。
回答: 地熱の大部分は、地球誕生時の小天体衝突の残留熱と、重力による収縮熱、それに放射性元素の自然崩壊熱です。 ウランが崩壊するとラジウムやラドンに変質しながら熱を発生し、最終的には放射能を失って鉛に変わります。放射性元素はウランの他にも多数存在します。 収縮熱と崩壊熱は今でも発生し続けています。 核融合反応が起きていたら、地球も太陽程に熱くなりますから、核融合は起きていません。 核分裂が起きれば、現在程度の自然放射能では治まりませんから、これも起きていません。 地球内部にはマントル対流が存在し、プレート移動や火山活動を誘発して、それらの熱エネルギーが地表から大気中へ、そして宇宙へと放出されます。 地球内部の総熱量がどれ程有るのかは承知していませんが、地震波観測などから、地中の深さと温度の関係は計算されています。地球の中心付近、内核と呼ばれる部分は鉄とニッケルの固体で、その外側に外核と呼ばれる部分があり、そこは流体化した鉄とニッケルで出来ていると推定されています。そのあたりの温度は太陽表面に近く、3000°Cを超えているようです。 外角の外側にはマントルがあり、中心部の熱を対流で地表へと運んでいます。対流はしていても、マントルは硬い岩石で出来ています。 マントル物質が冷却されて、地表近くで海洋底プレートと、大陸プレートを形成しています。 火山活動に示される熱源であるマグマは、マントルの熱がプレートに伝わって、更に熱化学反応を起こすことで発生します。プレートは、地殻とも呼ばれます。プレート移動のために使用されたエネルギーも、やがて大気中に放出されます。 地殻から海水中を経て、または直接大気中に運ばれる熱量を「地殻熱流量」と言い、直接測定する方法もありますが、現在は衛星からの観測が行われています。 マントル活動の未来予測(シミュレーション)なども行われていますから、何らかの方程式は存在するはずですが、まだお目に掛かっていません。予測の範囲も千年から万年単位と云った極めて荒いものです。 詳しくは地球物理の「地球の内部構造」や「惑星地球の進化」等について学んで下さい。