地溫梯度

是溫度隨地球內部深度增加而變化的速率。一般來說，由于來自更熱地幔的熱流，地殼溫度隨深度升高；遠離構造板塊邊界，世界大部分地區的地表附近深度約25–30°C/km(72–87°F/mi)的溫度升高。然而，在某些情況下，溫度可能會隨著深度的增加而下降，尤其是在地表附近，這種現象被稱為逆地溫梯度或負地溫梯度。嚴格來說，地熱一定是指地球，但這個概念可能適用于其他行星。

地球的內部熱量來自行星吸積的余熱、放射性衰變產生的熱量、地核結晶的潛熱以及可能來自其他來源的熱量。地球上主要的產熱核素是鉀40、鈾238、鈾235和釷232。所述的內芯被認為有溫度在4000至7000K，并在行星的中心處的壓力被認為是約360GPA（360萬個大氣壓）。（確切值取決于地球的密度分布。）由于大部分熱量是由放射性衰變提供的，科學家們認為，在地球歷史的早期，在半衰期短的核素耗盡之前，地球的熱量產生將已經高得多。大約30億年前，產熱量是當今的兩倍，導致地球內部溫度梯度更大，地幔對流和板塊構造速度更快，從而產生了火成巖，如科馬提巖，這些巖不再形成。

地溫梯度的頂部受大氣溫度的影響。固體行星的最上層處于當地天氣產生的溫度，在較淺的深度衰減到大約年平均溫度（MATT）；正是這個深度用于許多地源熱泵，有時外行人將其松散地稱為“地熱熱泵”。頂部數百米反映了過去的氣候變化；進一步下降，隨著內部熱源開始占主導地位，溫暖穩步增加。

地溫梯度隨位置而變化，通常通過確定鉆孔后的底部裸眼溫度來測量。然而，鉆井后立即獲得的溫度記錄會受到鉆井液循環的影響。為了獲得準確的井底溫度估計，井必須達到穩定的溫度。由于實際原因，這并不總是可以實現的。

在熱帶的穩定構造區，溫度-深度圖將收斂于年平均地表溫度。然而，在更新世期間形成深層永久凍土層的地區，可以觀察到持續到數百米的低溫異常。波蘭的Suwa?ki冷異常導致人們認識到與更新世-全新世氣候變化相關的類似熱擾動記錄在整個波蘭以及阿拉斯加、加拿大北部和西伯利亞的鉆孔中.

在全新世隆起和侵蝕區域（圖1），淺梯度將很高，直到到達一個點（圖中標記為“拐點”），在那里它達到穩定的熱流狀態。如果將穩定狀態的梯度投影到該點上方與當前年平均溫度的交點，則該交點高于當前地表的高度可以衡量全新世隆起和侵蝕的程度。在全新世沉降和沉積區域（圖2），初始梯度將低于平均值，直到它達到加入穩定熱流狀態的點。

地表溫度的變化，無論是每日的、季節性的，還是由氣候變化和米蘭科維奇循環引起的，都會滲透到地表以下，并在地溫梯度中產生周期從一天到數萬年不等的振蕩，其振幅隨深度減少。最長周期的變化有幾公里的尺度深度。來自極地冰蓋的融化水沿著海底流動，往往會在整個地球表面保持恒定的地溫梯度。[可疑-討論]

如果在較淺的鉆孔中觀察到的溫度隨深度增加的速率在更深的深度持續存在，地球深處的溫度將很快達到巖石融化的程度。然而，我們知道，由于S波的傳輸，地幔是固體。由于兩個原因，溫度梯度隨深度急劇下降。首先，熱傳輸機制從剛性構造板塊內的傳導轉變為地球地幔對流部分中的對流。盡管地幔很堅固，但大部分地幔在很長一段時間內都表現為流體，熱量通過平流或物質運輸。其次，放射性熱的產生集中在地殼內，特別是在地殼的上部，因為鈾、釷和鉀的濃度最高：這三種元素是地球內放射性熱的主要產生者.因此，大部分地幔內的地溫梯度約為每公里0.5開爾文，由與地幔物質（上地幔中的橄欖巖）相關的絕熱梯度決定。

負地溫梯度發生在溫度隨深度降低的地方。這發生在地表附近數百米的上部。由于巖石的低熱擴散率，地下深處的溫度幾乎不受晝夜甚至年度地表溫度變化的影響。因此，在幾米深處，地下溫度與年平均地表溫度相似。在更深的地方，地下溫度反映了過去氣候的長期平均值，因此幾十到幾百米深處的溫度包含了過去幾百到幾千年的氣候信息。根據位置的不同，由于接近上一個冰河時代的天氣較冷，這些溫度可能比當前溫度低，或者由于最近的氣候變化。

負地溫梯度也可能由于深含水層而發生，其中通過對流和平流從深水中傳遞熱量，導致較淺層的水將相鄰巖石加熱到比較深層巖石更高的溫度。

在俯沖帶中也發現了大尺度的負地溫梯度。俯沖帶是一個構造板塊邊界，由于大洋板塊相對于下伏地幔的密度高，大洋地殼在此處下沉到地幔中。由于下沉的板塊以每年幾厘米的速度進入地幔，熱傳導無法像下沉一樣迅速加熱板塊。因此，下沉板塊的溫度低于周圍地幔，導致地溫梯度為負。