Die innere Radioaktivität der Erde ist hauptsächlich auf den Zerfall von zurückzuführenradioaktive Isotope. Bei diesen Zerfällen entstehen Alpha-, Beta- und Gammastrahlen, wodurch thermische Energie im Erdmantel und in der Erdkruste freigesetzt wird.
Diese durch den radioaktiven Zerfall von Radioisotopen freigesetzte Energie spielt eine grundlegende Rolle dabei, einen Teil des Erdmantels in einem teilweise geschmolzenen Zustand zu halten und die Mantelkonvektion zu konditionieren, die die Bewegung der Lithosphärenplatten antreibt. Ohne diese innere Wärmequelle, die Plattentektonik, wären die Bildung von Meeresrücken und die vulkanische Aktivität auf lange Sicht stark eingeschränkt, wenn nicht sogar unmöglich.
Die Verteilung radioaktiver Isotope ist nicht homogen: Bestimmte Elemente wie Uran und Thorium sind in der kontinentalen Kruste konzentriert, während Kalium-40 im oberen Erdmantel häufiger vorkommt. Diese Heterogenität beeinflusst die lokale Verteilung des Wärmeflusses und die geologische Dynamik verschiedener Regionen der Erde.
Die Viskosität ist nicht einheitlich und hängt stark von der Tiefe, der Temperatur, dem Druck und der mineralogischen Zusammensetzung ab. Zum Vergleich: Honig hat eine Viskosität von etwa 10Pa·s, sodass sogar der obere Erdmantel etwa 10 Pa·s beträgt 1018ist um ein Vielfaches zähflüssiger als Honig, kann aber dennoch über Millionen von Jahren langsam fließen.
| Mantelbereich | Tiefe (km) | Ungefähre Viskosität (Pa·s) | Kommentar |
|---|---|---|---|
| Oberfell | 0 – 410 | 1019 – 1021 | Duktiler, ermöglicht Konvektion im Maßstab von Lithosphärenplatten |
| Mittelmantel | 410 – 660 | 1021 – 1022 | Etwas höhere Viskosität, beeinflusst den Materialtransfer zwischen oberer und unterer Zone |
| Unteres Fell | 660 – 2.890 | 1022 – 1024 | Sehr viskos, aber über lange Zeiträume fließt es und speist die globale Konvektion |
Quellen: Karato & Wu (1993),Rheologie des Oberen Mantels, Science 260: 771–778; Mitrovica & Forte (2004),Briefe zur Erd- und Planetenwissenschaft225:177–191.
Radioenergie erzeugt ainterne Heizungwas zu konvektiven Bewegungen des Mantels führt. Diese Bewegungen verursachen die Verschiebung von Lithosphärenplatten, befeuern Plattentektonik und vulkanische Phänomene. Die erzeugte Wärmemenge kann für die gesamte Erde auf etwa 20 TW geschätzt werden.
| Isotop | Halbwertszeit (Jahre) | Relative Häufigkeit (%) | Wärmestrom (TW) | Kommentar |
|---|---|---|---|---|
| Uran-238 | 4,47 × 109 | 0,3 | 8 | Hauptbestandteil des Mantels und der Erdkruste |
| Thorium-232 | 1,41 × 1010 | 1 | 8 | Hauptsächlich in der kontinentalen Kruste vorhanden |
| Kalium-40 | 1,25 × 109 | 0,012 | 4 | Trägt hauptsächlich zum Wärmefluss des oberen Erdmantels bei |
Quellen: Jaupart et al. (2007),Physik der Erde und des Planeteninneren160:3–30; Turcotte & Schubert (2014),Geodynamik, 3eAusgabe.
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