最后更新：2025年9月4日

地球的放射性：我们星球的内能

地球的放射性

地球的内部放射性主要源于放射性同位素的衰变。这些衰变过程会产生α粒子、β粒子和γ射线，从而在地幔和地壳内部释放热能。

这种由放射性同位素衰变释放的能量，在维持地球地幔部分熔融状态中发挥着根本性作用，驱动地幔对流，进而引发岩石圈板块的运动。若没有这一内部热源，板块构造、洋脊形成以及火山活动将大幅减弱，甚至长期内不可能发生。

放射性同位素的分布并不均匀：某些元素（如铀和钍）集中在地壳中，而钾-40则更多地存在于上地幔。这种不均匀性影响了不同地区热流的局部分布以及地球的地质动力学。

粘度并非均匀一致，而是显著取决于深度、温度、压力及矿物成分。作为对比，蜂蜜的粘度约为10帕·秒，因此即便上地幔的粘度也约为蜂蜜的10¹⁸倍，但它仍能在数百万年间缓慢流动。

地幔黏度的数量级
套细胞区	深度（公里）	近似粘度（Pa·s）	如何
上地幔	0 – 410	1019–1021	更具延展性，允许在岩石圈板块尺度上进行对流
中间地幔	410 – 660	1021–1022	粘度略高，影响上下区域之间的物质转移。
下地幔	660 – 2,890	1022–1024	非常粘稠，但在长时间尺度下，它会流动并驱动全球对流。

来源：Karato & Wu (1993)，《上地幔流变学》，《科学》260: 771–778； Mitrovica & Forte (2004)，《地球与行星科学快报》225: 177–191。

放射性热能产生内部加热，导致地幔中的对流运动。这些运动驱动岩石圈板块的位移，推动板块构造和火山现象。整个地球产生的热量估计约为20太瓦。

放射性同位素及其相关的热流
同位素	半衰期（年）	相对丰度（%）	热流（太瓦）	如何
铀-238	4.47 × 10⁹	0.3	8	地幔和地壳的主要贡献者
钍-232	1.41 × 10¹⁰	1	8	主要存在于大陆地壳中
钾-40	1.25 × 10⁹	0.012	4	主要贡献于上地幔的热流

来源：Jaupart等人（2007），《地球与行星内部物理学》160: 3–30； Turcotte & Schubert（2014），《地球动力学》第三版。