La radioactivité interne de la Terre est principalement due à la désintégration de isotopes radioactifs. Ces désintégrations produisent des particules alpha, bêta et des rayons gamma, libérant ainsi de l'énergie thermique au sein du manteau et de la croûte terrestre.
Cette énergie, libérée par la décroissance radioactive des radioisotopes, joue un rôle fondamental dans le maintien d'une partie du manteau terrestre à l'état partiellement fondu, conditionnant la convection mantellique qui entraîne le mouvement des plaques lithosphériques. Sans cette source interne de chaleur, la tectonique des plaques, la formation des dorsales océaniques et l'activité volcanique seraient fortement réduites, voire impossibles à long terme.
La distribution des isotopes radioactifs n'est pas homogène : certains éléments, comme l'uranium et le thorium, se concentrent dans la croûte continentale, tandis que le potassium-40 est plus présent dans le manteau supérieur. Cette hétérogénéité influence la répartition locale du flux thermique et la dynamique géologique de différentes régions de la Terre.
La viscosité n’est pas uniforme et dépend fortement de la profondeur, de la température, de la pression et de la composition minéralogique. Pour comparaison, le miel a une viscosité d’environ 10 Pa·s, donc même le manteau supérieur est environ 1018 fois plus visqueux que le miel, mais il peut quand même s’écouler lentement sur des millions d’années.
| Zone du manteau | Profondeur (km) | Viscosité approximative (Pa·s) | Commentaire |
|---|---|---|---|
| Manteau supérieur | 0 – 410 | 1019 – 1021 | Plus ductile, permet la convection à échelle des plaques lithosphériques |
| Manteau intermédiaire | 410 – 660 | 1021 – 1022 | Viscosité légèrement plus élevée, influence le transfert de matière entre zones supérieures et inférieures |
| Manteau inférieur | 660 – 2 890 | 1022 – 1024 | Très visqueux, mais sur de longues échelles de temps, il s’écoule et alimente la convection globale |
Sources : Karato & Wu (1993), Rheology of the Upper Mantle, Science 260: 771–778 ; Mitrovica & Forte (2004), Earth and Planetary Science Letters 225: 177–191.
L'énergie radio génère un chauffage interne qui provoque des mouvements convectifs du manteau. Ces mouvements entraînent le déplacement des plaques lithosphériques, alimentant la tectonique des plaques et les phénomènes volcaniques. La quantité de chaleur produite peut être estimée à environ 20 TW pour l’ensemble de la Terre.
| Isotope | Demi-vie (années) | Abondance relative (%) | Flux thermique (TW) | Commentaire |
|---|---|---|---|---|
| Uranium-238 | 4,47 × 109 | 0,3 | 8 | Principal contributeur dans le manteau et la croûte |
| Thorium-232 | 1,41 × 1010 | 1 | 8 | Présent surtout dans la croûte continentale |
| Potassium-40 | 1,25 × 109 | 0,012 | 4 | Contribue principalement au flux thermique du manteau supérieur |
Sources : Jaupart et al. (2007), Physics of the Earth and Planetary Interiors 160: 3–30 ; Turcotte & Schubert (2014), Geodynamics, 3e édition.
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