地球内部の熱源

original:2006/10/05
last update:2012/05/30

地球内部のの熱源の全体像

total heat

地表から放出されている熱の見積もりは 44 TW [Pollack et al. (1993) Rev. Geophys. 31 267-280] とか 43-49 TW [4; ただし、その元は、Pollack et al. (1993) と Jaupart et al. (2007) in Treatise on Geophysics, Vol.7] となっている。

44TW として、これを地球の質量 (6.0 × 1024 kg) で割れば、地球の単位質量あたり 7.4 × 10-12 W/kg の熱が出ていることになる。 コアの寄与が小さいとしてマントル (or Bulk Silicate Earth) の質量 (4.0 × 1024 kg) で割れば、マントル (or BSE) の単位質量あたり 1.1 × 10-11 W/kg の熱が出ていることになる。

内訳

上の熱を地殻、マントル、コアからのそれぞれの寄与に分ける (単位 TW)。

Stacey[1] Turcotte and Schubert[2] Lay, Hernlund and Buffett [4]
地殻8.27.46-8
マントル30.836.920-42
コア3.00.05-15
42.044.343-49

マントル (or Bulk Silicate Earth) の熱源

heat generation in the mantle (or bulk silicate Earth)

[4] Lay, Hernlund and Buffett

BSE の熱源の内訳(単位 TW)
radiogeniccrust6-8
depleted upper mantle2
lower mantle10-12
18-22
secular coolingupper mantle3
lower mantle5-25
8-28

radiogenic heat in the mantle (or bulk silicate Earth)

人によってけっこう見積もり方が違うし、結果も異なる。Th/U はどうやっても そう変わらないとして、total U (or Th) をどう取るかで結果が違う。 K/U も人によって違うのだが、現在の heat flow に関する限り、 238U と 232Th が主なので、K はあまり影響しない。 45 億年前になるとむしろ 235U と 40K が主になるので、 K の量をどうとるかでだいぶん結果が異なる。

[1] Stacey

条件 結果 (Bulk Silicate Earth = mantle + crust)

isotopeheat release (μW/kg)abundance (1016kg) total heat (TW, 現在値)
238U95.013.1512.5
235U562.00.09540.54
232Th26.647.212.56
40K30.08.332.50
total28.1

[2] Turcotte and Schubert

条件 結果 (mantle)

isotopeheat release (μW/kg)abundance (1016kg) total heat (TW, 現在値)
238U94.612.311.6
235U569.00.0880.50
232Th26.449.613.1
40K29.214.84.3
total29.5

crustal heat = 7.4 W を合わせて、 total radiogenic heat (bulk silicate Earth) = 36.9 W

[3] Helffrich and Wood

条件 (bulk silicate Earth) 結果 (bulk silicate Earth)

isotopeheat release (μW/kg)abundance (1016kg) total heat (TW, 現在値)
238U958.07.6
235U5650.0580.33
232Th26.5328.5
40K29.511.93.5
total20

(注) heat release は論文になかったので [1], [2] の中間くらいの値を取った。

著者は、radiogenic の 20 W と surface heat flow の 44 W との差は
(1) 熱が表面に出るまでに時間がかかること
(2) secular cooling = 5.9-20 TW
の2つで説明できるとしている。
(注) 著者はこの2つの関係をきちんと書いていないが、独立ではない。 heat budget から言えば (1) の効果は (2) を通じて現れる。

情報源