第一节 内生能

地球的内生能，通常包括两个方面。一是来自地球本身的引力能；另外是地球组成物质中的放射性元素，当其蜕变时所产生的热能。地球的引力也有人称之为重力，严格说来，二者并不等同。地球上每一质点的重力是引力与随地球旋转而产生的离心惯性力的合力，它是地球在形成过程中由于物质的逐渐密实而产生的。据计算，从地球形成时的原始状态到现在，其间产生了大约 2.5×10³⁹—4×10³⁹ 尔格的重力能，这种能量均以潜在的位能存在。它总是力图使地球上的物质处于相对稳定的平衡状态，在地球内部它使得物质按照密度的大小从地心向外呈有序的同心圆状排列。由于它需要在其它力的触发下才能释放潜在的能量，因此对于自然地理来说，引力能虽是一个基础的能量并具重要作用，但并不具备决定性的作用。

至于内生能中的另外一个方面，包括了地球组成物质中各种放射性核类的衰变、自发裂变、诱发裂变、光致裂变以及各种类型的核反应所析出的能量，统称“核反应能”。这种核反应能，主要由长寿期放射性同位素铀 ²³⁸、铀 ²³⁵、钍 ²³² 及钾 ⁴⁰ 等来提供的，下边是它们的一些数据：

这些数字与目前实测的地球热流值（其数量级为微卡）相对比，说明了同位素放出的热量基本上是在地表以下 14 公里厚度的花岗岩中产生的。这就意味着，地壳以下部分与地壳相比，它的岩石中只有少得多的放射性物质。如果不是这样的话，所测的热流值将会比现在实际的热流值大得多。这个假定是很合理的，地球的其它基本岩石，的确比花岗岩中具有少得多的放射性物质：

表 4.1 不同岩石类型中放射性物质含量

由表中清楚看出，花岗岩内放射性物质的富集程度远远高于其下伏岩石如玄武岩和橄榄岩。

这些放射性元素所产生的能量，随着时间的延续不断积累，这种能量一

股都以热的形式贮存于地球之内。

自从十七世纪以来，人们就知道深矿井中的温度超过地面的温度。这样势必有一个从地球深处到地球表面的温度梯度存在，也就必然有从地球内部向表面传布的热流。一般测定指出，从表层向下每深入 33 米，温度就上升一度。而每增高一度所对应的深度称为“地热增温级”，可用△Z 来表示。这样在深度 Z 处的温度 Tz 可以表示成：

TZ = T0 +

△Z

(4.1)

T0 为所对应的地表面温度。在地球上的构造活动区，地热增温级小，而在构造相对稳定的地区，它就比较大。按照平均状况，在火山活动区的△Z 为 0—20 米／度；构造活动区的△Z 为 20—30 米／度；构造相对稳定区的△ Z 为 33—100 米／度。从自然地理面的观点来看，什么地区的地热增温级小， 则内部环境（即自然地理面以下）所输入的能量就多，反之就小。

目前在世界上有五千多个关于地热测定的数值，大陆上有数百个，大洋中有数千个，对于所测地点的温度梯度和岩石的导热率，进行了比较严格的测定。经过李（Lee）和耶达（Uyeda）在 1965 年的整理，计算出在全球的热流值大致在 0—2.5 微卡／厘米 ²·秒的范围内，个别高热通量的地方，该数值可以超过 8 微卡／厘米 ²·秒，全球的热流平均值约为 1.4 微卡／厘米 ²·秒。

在不同的地质区域，这种热流值呈规律性的分布，如大陆架地区，该值平均为 0.9 微卡／厘米 ²·秒；在近代山地地区，趋向于较高的数值，约为 2 微卡／厘米 ²·秒；在大洋海岭的顶部，数值最高，介于 3 微卡／厘米 ²·秒与 8 微卡／厘米 ²·秒之间。较高的热流值也可以在岛弧后面的内海中发现， 如日本海就是如此。但是在大洋海岭两侧相距顶部只不过几百公里远的地方，普遍发现大约只有 0.6 微卡／厘米 ²·秒左右这样很低的数值，这是科学家们以此作为解释海底扩张学说的一个重要根据。

这种热传导的结果，使得一小部分热量通过地球表面向外发散，这相当

于地球表面上每年每平方厘米得到 40—50 卡来自地球内部的热量。这样小的数量，仅仅相当于在地表相同的面积上，所接受太阳辐射能的四千分之一， 而在沙漠或某些山地中，所接受的太阳辐射能比它所得到的地球内热可大一万七千倍。因此，就放射性元素转变的内生能对自然地理面的直接输入来说， 其作用一般是不予考虑的。它对自然地理面的作用在一个短时间内（例如一天、一年或一个世纪），是一种缓慢的、不易觉察的因素，但在地质时代中， 通过间接的作用，即通过地球内部的构造运动，可以显著地改变地表形态与海陆分布，从而对自然地理面的结构、功能施加影响。

前已述及，目前公认的地球形成历史为 45 亿年，其中后 35 亿年为接近

于现在地壳的岩石所代表。可以计算出来，在 10 亿年当中，平均为 1.2 微卡

／厘米 ²·秒的地球热流，意味着有 4×10¹⁰ 卡／厘米 ² 的总热量输入到自然地理面中，将此热量换算成煤的燃烧时，相当于地球表面上每平方厘米应有4 吨煤燃烧所放出的热量，或者说等于地表向下深达 20 公里厚的煤层完全烧尽，这个数量就不容轻视了。当然，地热的更为重大的作用，首先在于由它提供动力引起地球内部物质的运动、演化和调整，这是改变地壳状态的一个至为重要的因素，例如火山活动本身还建造了世界上引人注目的地形。从这个角度去观察问题，内生能也是不可轻视的，在漫长的地质年代里，它的确

具有沧桑巨变的宏伟气魄。可以想象，地球如无内生能为地质构造运动提供动力的话，那么，整个地表面早就成为平坦光滑毫无生气的状况了。

当然，即使在每平方厘米上每年得到 40—50 卡的热量，也能看到它的一定作用。它可以使海底以上一米厚的海水，提高温度达 0.5℃。另外，温带冰川（在这里冰与水共存）是良好的绝热体，对于它们来说，整个冰川厚度中存在着近乎相同的温度，在这种没有或极小的温度梯度存在的情况下，热量的传导可以看作是接近于零的。这种条件使得地热流一年中所放出的热量，足以使得冰川底部约 0.5 厘米厚度的冰层被融化，这个融化量对于几公里厚的冰川来说，实质上并无意义。但是由于底部这一薄层水的存在，起到一种润滑剂的功能，则冰川移动的速度以及它对于基底物质的作用，却有着相当大的意义。一个“冷”的冰川，必然与其基底的岩石层紧紧地冻结在一起，只能由于重力作用产生塑性形变而移动，它不会在整个冰床上产生“滑动”，由此它的侵蚀作用相对要小，速度也较低。但若一个冰川如上所述有一“润滑层”时，则能比较容易地在冰—岩界面上滑动，因而也就具有更大的能力和速度，进行着冰蚀作用和堆积的工作。

尽管如此，我们必须如实地认为，地球表面所发生的各种自然地理过程， 其最基本和最直接的动力，还是应当归结到以太阳辐射能为代表的外来能。