鋒6188
為什麼地球形成了幾十億年，地下還是熔岩，地心冷卻過程要這麼久嗎？
地球內部的熔岩經過幾十億年了還沒有冷卻，是因為它一直在被加熱，這種過程一直持續到現在，但不會永遠持續下去。在討論這個問題之前我們先來看看咱們地球的內部到底是怎樣的。
你有想過地球的內部是怎樣的嗎？
你有沒有想過，我們腳下每天踩著的是什麼？地板？泥土？人行道？還是草地？雖然你可以這麼說，但無論你現在站立什麼位置，相對於地球來說都是冰山一角。
無論你是否承認，我們的腳下都有幾千公里厚的土地，它由各種材料組成，包括土壤、岩石、水、火山、熔岩和固態鐵。大多數人小時候都挖過個洞，也許是因為我們都對地底下未知的的東西很感興趣。我們挖的洞可能主要由泥土組成，可能還有一些岩石，挖得越深，越難看到洞的底部，除非爬入洞中，否則你將很難再挖下去。很顯然，通過這個例子使我們明白了一個道理，我們無法通過挖穿地球來研究地球的構造。
通過地震波來猜測地球的內部構造
那麼我們如何才能知道地球內部的構造呢？現代科學家提出了一個巧妙的方法–利用地震波。地震波是地表以下發生板塊運動而產生的一種波，通過測量地震波，科學家就可以瞭解有關地球的許多知識。通過觀察地震波的形態我們就可以推算出地球的內部是由厚度不同的不同材料組成的，也就是分層的，因為地震波通過不同材質的速度不同。
總的來說，我們腳下踩著的第一層是地殼，地殼的下方是地幔，地幔是半固體，由運動的岩石和岩漿組成。地幔下面就是地球的核心，它由兩部分組成，分別是一個液體的外地核和一個固態的內地核。內地核是由能承受巨大壓力的鐵和鎳構成的，它承受的壓力相當於地球表面大氣壓的900萬倍。地核的溫度極高，大約是5000℃，與太陽表面的溫度差不多！
地球內部的溫度變化
地球的內部溫度隨深度增加而增加，但是，如上圖所示，該增長率不是線性的。在最高的100 km之內，溫度梯度大約為15℃至30°C / km，隨即在地幔中急劇下降，然後在內地核中緩慢增加。地殼底部的溫度約為1000°C，地幔底部的溫度約為3500°C，地核的溫度約為5000°C。
上圖顯示了地幔上部500 km的溫度曲線，與乾燥的地幔岩石的融化曲線相比。在100至250 km的深度範圍內，溫度曲線非常接近乾燥的地幔岩石的融化邊界。因此，在這些深度處，地幔岩石處於融化與半融化的狀態。
在某些情況下，如果存在多餘的熱量，並且溫度線越過熔點線，地幔的這一區域將被稱為低速帶，也被稱為軟流圈，因為地震波在接近其熔點的岩石內會減慢。在250 km以下，溫度保持在熔化線的左側，這表明地幔正在對流，因此來自深處的熱量被帶到地表的速度會更加的快。
對流是板塊構造的基本特徵，地幔的對流是熱量從地核傳遞到下地幔的產物。就像在熱爐上的一鍋湯中一樣。
如上圖，熱源附近的材料變熱並膨脹，使其比上面的材料輕。浮力使其上升，而較冷的材料從側面流下。地幔之所以對流，是因為從下方傳來的熱不完全均勻，所以，只要有穩定的力，地幔就足以緩慢地流動（以每年幾釐米的速度）。就像湯鍋中的例子一樣，一旦岩心冷卻到沒有足夠的熱量，地幔將不再對流，這種現象已經發生在像水星和火星這樣的小行星上了。
那麼熔岩究竟為什麼經過了這麼多年都沒有冷卻呢？
熔岩沒有冷卻是因為它一直在被加熱，地球內部的熱量有兩個主要來源，每個來源貢獻了大約50％的熱量。其中之一是地球內部物質摩擦產生的熱，以及重力使物質在地球內部重新分佈時相互摩擦產生的熱（例如，鐵的下沉形成核）。 另一個來源是放射性物質，特別是主要存在於地幔中的鈾U235、U238 、K40和Th232的自發放射性衰變。
如上圖所示，這種方式產生的總熱量隨著時間的推移一直在減少（因為這些同位素已被消耗），現在大約還剩地球形成時的25％，這意味著地球內部正在逐漸變涼。即使是這樣，地心的冷卻也不會在旦夕之間完成，它需要極長的時間來把能量消耗完之後才可能實現。
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科普子期君
答：地球內部的熱量主要有兩個來源，一是45億年前地球形成時殘留的，二是地球內部的放射性元素衰變會釋放大量能量，這些能量足夠讓地球在40多億年間維持著高溫。
地球表面的平均溫度大約是14℃，地球核心溫度高達5000度，在沒有太陽光照射的太空，溫度低至-270K；一百多年前，英國著名科學家開爾文，把地球想象成最初是一個巨大的熔岩，然後經過冷卻後形成了如今的地球，他根據熱力學傳導定律，計算出地球年齡在2000萬~4億年間。
開爾文得到的地球年齡與實際相差了十多倍，現在我們知道地球年齡大約是45.5億年，根據開爾文的地球冷卻模型，45億年足夠讓地球冷卻到零下100攝氏度，然而事實並非如此。
主要的原因在於，地球內部的熱量，有很大一部分來自於放射性物質的衰變，有些物質的半衰期非常長，能在數十億年間給地球內部提供熱能，比如鈾-238的半衰期高達44.68億年。
根據行星系的形成模型，太陽系形成於45億年前，地球也是在那個時期形成的，太陽系原始星雲坍縮形成了太陽，在太陽周圍的物質聚集形成了行星，其中就包括我們的地球。
星雲物質在坍縮過程中，引力勢能轉變為動能，然後一部分動能使得地球自轉，另外一部分動能消耗為熱能，所以地球剛形成時溫度是很高的。
經過上億年的冷卻之後，地表溫度低了很多，然後在地球的向陽面，太陽輻射使地球表面升溫，在地球的背陽面，地球通過熱輻射把熱量釋放到太空當中，總的來說地球熱量的損失要比吸收的太陽輻射高，然後地球內部的熱量補充到地面，使得地球表面的平均溫度維持在0攝氏度左右，生命才得以生存和進化。
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艾伯史密斯
地球已經經歷了四十五億年，之所以這麼長時間地心還是那麼熱。原因有以下幾點。
地球的半徑長達6371千米，如此巨大的半徑，其地心壓力也是非常巨大的，地心內部產生的壓力，足以產生核反應，生成更多的熱量。而我們現在知道1g物質發生核反應，放出的能量是非常巨大的。地球內心雖然每時每刻都在發生核反應，可是真正能達到核反應條件的，就地球內心一小部分範圍可以達到這樣的條件，所以每時每刻發生核反應消耗的物質並不是很多。
太陽源源不斷的給地球提供更多的能量，還有一些宇宙物質也會被地球引力所俘獲，所以，地球內部雖然源源不斷的發生核反應消耗的物質，經歷這麼多年地球上的物質，還有質量並沒有減少。
地球的地核是由地幔，地殼包裹著，就像一個保溫瓶一樣，嚴嚴實實的包裹著內心。雖然熱量還是會通過火山爆發，地震，輻射的方式傳導出來，這樣始終讓地球內部的溫度維持在一個穩定的溫度，不會太低，也不會太高。
麥小逸
如今我們知道，地球內部的溫度很高，地心大概有5000多度，地心和地殼之間還有很長的距離，這當中的結構也很複雜。可是這就帶來一個問題，為什麼地球都有45億年的歷史了，還沒有完全涼透？需要多久才能涼透呢？
探索地球的內部
其實人類對於地球的瞭解遠不如對於太陽的瞭解，一直以來，地球的結構就是歷代學者們很頭疼的問題，因為它是真的是一個很複雜的問題。比如：在牛頓時代，有個叫做哈雷的學者，是牛頓的迷弟，他曾經預測出一種彗星的週期，因此，這類彗星也被叫做哈雷彗星。
他就提出，地球應該是空心的，這也被稱為地球空洞說。其實和他有類似想法的學者有很多。其實這完全就是純粹的猜測，並沒有什麼過硬的證據。畢竟以幾百年前的技術來看，想要探測到地球內部幾乎是一件不可能的事情。
後來，到了上世紀，蘇聯和美國相繼的挖坑，希望能夠儘量挖得足夠深。美國在挖到8000多米的時候就放棄了，而蘇聯人這挖到了12262米，這也被為科拉超深鑽孔。挖到這個程度時，溫度已經很高很高，而且岩石層也加固。當時鑽頭十分昂貴，繼續鑽下去並不容易，於是就放棄了。
人類通過“挖坑”這個技術來探索地球結構也基本上就到這個程度，後來確實有比科拉超深鑽孔更深的，但是也沒有深多少。
那我們現在是如何探索地球內部的呢？
其實利用的叫做地震波。所謂的地震波指的是從地震的源頭向四周傳播的振動，在地震的時候，地震源會產生輻射向周圍的彈性波。科學家通過分析每次出現的地震波的特點，就可以逐漸描繪出地球的內部結構。這也是目前我們認識地球內部的主要方式之一。
可能你要說了，這個方法靠譜嗎？
其實目前來看，還是比較靠譜的。許多人可能會覺得不是親眼所見，就算不上靠譜。其實很多事情和破案很像，我們不可能出現在案發現場，那我們如何給兇手定罪？其實利用的就是蒐集足夠的證據來證明。地震波其實就是地球結構的證據。
地球的能量來源
知道了人類如何瞭解到地球結構的方式，我們繼續來講講為什麼地球不會涼透？其實和地球結構是息息相關的。不過，說這個問題前，我們得先搞清楚地球的能量從哪來？
具體來說是這樣的，有20%的能量來自於地球形成之初，構成地球的物質的引力勢能轉化成的熱能。這是由於當時的物質來自於四面八方，它們在引力坍縮下，向中心聚攏，這時，這些物質的引力勢能就會在這個過程中轉化成熱能。
除了之外，從地球形成之後一直持續至今，一直在作為主力輸出的是地球內部的放射性元素衰變所產生的熱能，這部分佔據的80%。（這裡補充一句，其實潮汐力導致的摩擦也會產生熱能，但這部分佔比很小很小。）
放射性元素的衰變是在原子核層面上發生的反應。我們都知道，原子核是由質子和中子構成的。質子和中子能夠被束縛在原子核內，是因為有核力的存在。
但是我們要知道的是，核力和引力是不同的，核力是有作用範圍的，核子數多了就會不夠穩定。原子核內的質子數核中子數，是由往最低能量狀態發展的。所以，原子序數非常大的元素都會有向鐵原子核的方向發展，原因也很簡單，鐵原子核是最穩定的。於是，它們就會發出射線，來讓自己穩定下來。比如：α衰變。
這些射線會帶走大量的能量，這也就能給外界提供熱能。目前來看，地球內部主要提供能量的是鈾、釷。
這些射線是帶有大量的能量的，地球內核的能量主要就是來自於這些放射線元素的衰變。這樣元素主要是鈾和釷。
地球能量的散失
知道了地球能量的來源，我們再來看看地球能量是如何散失的。
實際上，地球向地面導熱的效率是非常非常低的。我們可以來對比一下，太陽的輻射效率是每平米170瓦，而地球內部傳導到地球表面的效率是每平米0.85瓦。兩者相差200倍。所以和太陽比起來，地球內部對於地表溫度的貢獻簡直是微乎其微。
那問題就來了，為什麼地球內部傳導熱的速度這麼慢？
這其實和地球的結構有關係，根據地震波的分析，我們如今所知道的是，地心位置其實存在著一個月球大小的鐵球，是固態，而不是液態。可能你要說了，5000多度，鐵早就成了液態咋還是固態？
這裡其實是鐵的一種特殊的形態，由於溫度和壓強（這裡的壓強是地球表面300多萬倍的壓強）的雙重作用，這裡的物質形成出了非常不同的晶體結構，所以才呈現出了固態。
而在鐵球的外面，有一片中間地帶。客觀地說，如今我們還搞不清楚這部分是岩漿還是其他什麼東西，而這片中間地帶再往上，就是一層厚厚的岩石層，大概有2900公里那麼厚。
地球內部傳導熱如此慢，很大程度上就是因為這部分岩石層實在太厚了，起到了非常好的保溫作用，隔絕了地球內部的熱能向上傳遞的路徑。而且進一步分析可以發現，那部分中間層也起到了隔絕的作用。基於這些原因，地球其實很難完全涼透。即使是等到了太陽都變成一顆白矮星，只要地球沒有被吞噬，地球內部就還是溫度很高的狀態。
鍾銘聊科學
一個直徑將近一萬四千千米，溫度六千多度的大火球降到現在表面溫度零下六七十度了，如果沒有太陽曬著，還會更低，降得還不快嗎？
地球與太陽系願為一體 地球剛剛脫離太陽，形成時 也是一個幾千度的行星，經過幾十億年的降溫，地球吸收太陽能與釋放地核熱能已達到平衡。
不要說地核裡面是幾千度高溫的液體外面有幾千公里厚的保溫層，再加上太陽每時每刻都在向地球上傳來熱量，現在經過幾十億年後，地球往宇宙中散發的熱量和吸收太陽光的熱量己經達成了一個能量平衡。否則，地球上升或下降個十來度，人類包括地球上的生物絕存在不了幾百萬年，早就滅絕了。
南極冰火
全球變暖只與地表有關，與像太陽表面一樣熱的地核相比，充其量只涉及外部極端20度的變化。
地球內核已經是固體了，但這是因為內核(液體)和地幔的上層壓力極高。請注意，正是外核產生了地球磁場。
地球的核心將從不凝固/<font>。我的意思是永遠不會。話雖如此，但只有一種可能發生，那就是如果地球碰巧被拋出軌道，成為一個流浪/<font>星球，那麼它的核心可能有時間冷卻。
地核變冷要比太陽耗盡核燃料並膨脹吞噬地球花費更長的時間。到那時，地球將會蒸發，因為它會螺旋離開軌道進入太陽。地核很快會變成熾熱的氣體。這將在大約40到50億年後發生。
如果有機會地球成為流浪星球，在它自己的好時光裡自由冷卻，那將需要很長時間。/<font>
減緩地心冷卻的主要因素是長壽命原子的放射性衰變，即鈾- 238、鈾- 235、釷- 232和鉀- 40，它們的半衰期分別約為44.7億年、7.04億年、141億年和12.8億年。從這些同位素的半衰期以及與地球年齡的比較中，你可以看到通過放射性衰變產生的內部熱量很可能在未來相當一段時間內保持在接近當前的水平。
地心核心溫度可能是5000 K（開爾文），自45億年前太陽系形成以來給出250 K的冷卻溫度。如果真的以這種速度冷卻(每十億年55度)，大約需要910億年才能冷卻到0開爾文。
軍機處留級大學士
因為地球本身在發熱！以下通過簡單的邏輯可證明：
1、地表越往下溫度受冬夏季節的影響越小，地下100左右的溫度接近恆定，約為17度（中緯度地區）。
2、地心溫度約為5000k。
3、溫度傳導肯定從高溫傳向低溫部分。
4、由上可知地球在向外散發熱量。
5、地球在相當長的時間保持地表溫度恆定，證明地球內部有產熱機制。
6、地球內部不具備核聚變的條件，所以只能靠元素的裂變產熱。
人體科學實驗室
（看了前期幾篇文章，包括部分熱門回答，真正原因似乎都說得不完全，有些是混淆了主次，而有些甚至有點胡編亂造。經大量查證參考，特撰此文，以探討。)
地下熔岩和地心液態鐵水不是一個概念，所處地層、物質構成和形成原因也不盡相同。而且，地下(地面以下，後同)也並不是都是液態或熔融態，也還有固態的地幔中層和內地核層。
但有一點是確定的——地下溫度都很高，地下岩漿普遍在700℃~1,200℃，而地心普遍在3,000℃~6,000℃。
地球內部溫度如此之高，且持續幾十億年之久，原因並不是地殼有多保溫，散熱慢以致還未冷卻。而是由於壓力、摩擦等一些列因素，導致內部能持續不斷產生熱量。
正是因為內部能自主生熱，因而即使再過幾十億年，只要地球還在，其溫度依然會如此之高。
地球內部高溫原因之一——高壓
我們都知道大氣壓隨著高度的變化而變化，以外太空近似0帕為起點，高度越低壓強越大，靠近地面空間約為一個標準大氣壓(101.3kPa)。
人為定義：氣溫0℃、緯度45°的海平面上，氣壓為1個標準大氣壓。這個效果相當於一個成人拇指指甲蓋上頂著1.03kg水的感覺。同樣的，往地下深度增加，壓強也越大。到了地心外核區域，壓強已達到136萬個標準大氣壓，到了地心內核區域，則增加到360萬個大氣壓。
瑞典皇家理工學院2017年2月發表的一項研究表示，常規環境中鐵的晶體結構為體心立方晶格(如下圖左)，每個鐵原子與相鄰8個原子接觸。當溫度超過1,538℃時，鐵熔化失去晶體結構。但在地心360萬個大氣壓環境中，即使溫度達到6,000℃，鐵還可以保持晶體結構，不過其排布形式為密排面心六方晶格(如下圖右)，每個鐵原子與相鄰12個原子接觸。
強大壓力改變了物質晶體結構，原子外電子之間的距離縮短，彼此發生碰撞的幾率大大提高。原子排列密集，體積減小，勢能減小，勢能轉化為內能，產生高溫。
當然，這種體積減小不會持續發生，也就是說僅靠這一個條件，還沒法保持地心溫度的居高不下。
地球內部高溫原因之二——摩擦
地球圍繞太陽公轉，固態內核在液態外核環境中並不是始終保持地球正中心位置，受到太陽萬有引力吸引，會始終偏向太陽的一側。
內核與外核的攪拌摩擦，會產生大量的熱，這是一個長期持久的過程。其實也不單單是內核與外核之間有這種摩擦，下地幔與外核之間的過渡層、上地幔與地殼之間的過渡層，由於物質密度不均勻均勻且存在液態或熔融態流體，這當中也廣泛出現類似的摩擦生熱。
雖然這一過程能持久生熱，但單靠這一方式也不足以平衡地球熱量的散發。
地球內部高溫原因之三——放射性
放射物質釷、錒、鈾、鐳、釙、氡等，能自然衰變併產生大量的熱，而這些物質又廣泛分佈在地殼及以下地層。
以鈾為例，海水中鈾含量約百萬分之0.003，地殼中鈾含量約百萬分之2.5，而在地殼下一層(距地表20km)內，鈾的淨含量就約達1.3×10^14噸。地球鈾儲量比人們常見的銀、汞含量還要高。1千克“鈾-235”完全裂變釋放的熱量，相當於2,700噸媒完全燃燒釋放的熱量。
根據一篇2015年3月發表在英國《自然地球科學》雜誌(網絡版)上的研究，地球上僅鈾和釷產生的熱量，就相當於功率約為210億千瓦的發電機持續供熱效果。地下持續高溫的54%熱量，就來源於這些天然放射性物質的裂變。
地球內部高溫原因之四——熱平衡
上述是地下高溫的主要來源，另外太陽能、溫室效應等，也在一定程度調控了地球溫度。
當然，地下也不是隻進不出的熱庫，它通過火山、(火山)地震、熱泉等方式，也向外釋放所蓄積的能量。達到地表的熱能，通過熱輻射等形式釋放到外太空。地球在幾十億年的進程中，基本達到一個動態熱平衡。
雖然地熱能量極少有效被人類直接利用，但如果失去地熱，地磁場將減弱甚至消失，也會像火星一樣失去大氣層，而且單靠太陽能提供的熱量，地球也會是一個冰凍星球，那麼，地球生命也終將不復存在。
一週刊
地球作為一顆石質行星（相對於木星、土星等氣態行星），它冷卻的慢有這麼幾個原因：
散熱方式
從地球內部到地面的總熱量流量的估計為43至49太瓦（TW）（1太瓦特為10^12瓦）。最近的估計是47 TW，相當於91.6 mW/m^2的平均熱通量，這個估算是基於超過38000次測量而得出的。雖然總量巨大，但單位面積的地熱功率還是很小的，而人在靜息狀況下的熱功率都達到近300W。
上圖：地球內主要的熱傳輸機制——地球的橫截面顯示了其主要層次劃分及其對地球全部流向地表的內部熱的大致貢獻。
而對於懸浮在太空中的行星來說，其散熱的方式只有一種，那就是熱輻射，因為無法通過對流蒸發等方式快速散熱，所以以長波紅外輻射的形式將熱量從地表輻射向外太空當中就是唯一的途徑。但這些長波紅外輻射中的一部分將會被大氣截留，尤其是被雲層和溫室氣體，所以輻射出去的部分並不多。地球目前的溫度相對平衡，就說明這種輻射的量與地球接受到的熱量以及地熱的熱量達到了某種平衡，否則要麼地球的地表溫度會不斷上升或者不斷下降。因此，這種散熱方式的效率對於地殼下的岩漿來說是微乎其微的。就算所有的地熱都散發出去，也不過只有91.6 毫瓦/每平米。而這還沒有算地球每天從太陽吸收的熱量（想想三伏天的情景），雖然太陽的熱能對於保持地球內部“體溫”來說沒有什麼實際的幫助。
上圖：全球的長波輻射分佈（1985年4月），單位瓦/平米。
表面積與體積的比
行星越大散熱就越慢，這是由於表面積隨著體積增大，與體積的比例越來越小（一個二次方與三次方的比），這跟動物體型越大就越能抗寒的道理一樣。相比火星來說，地球就大得多了。火星的質量是地球的10.7%，體積是地球的15.1%，所以火星這幾十億年來內部的熱已經散完了，成了一顆死星，地下基本沒有岩漿活動了。而地球和金星質量和體積差不多，因而內部岩漿活動也仍然十分活躍。
內部液態物質的對流強度
因為地球內部的岩漿主要由硅鐵質構成，而地核甚至基本上是鐵鎳質的。這些物質的密度大，流動性比氣態行星內部那些冷凝的低密度元素構成的液體物質的流動性差多了，因此對流並不算強烈，幾十億年來對地核的散熱效率相對較低。所以地球和金星都保持著一顆火紅的芯。
上圖：地球內部對流與地表的地理相互作用，似乎這種對流是十分受限的，而且是在極深的地下才比較活躍。地幔並不像我們想象的那樣是岩漿的海洋。
上圖：地球地下對流3D模擬模型，似乎地球內部向地表的對流只發生在某些柱子上，大部分液態的岩漿的對流被限制在很深的地下。
內部核反應釋放的熱量
地球的內熱也不只是吃老本（地球的太初熱量），地球地幔和地殼中元素的放射性衰變導會釋放中微子和熱能（放射性熱）。有四种放射性同位素是造成大部分放射性熱的原因，因為它們相對於其他放射性同位素丰度更高，分別是：鈾-238，鈾-235，釷-232和鉀-40。據估計僅鉀-40就貢獻了40太瓦的地熱功率。甚至在地表也能發現天然的核裂變反應堆。
上圖：一處淺表的天然核反應堆遺蹟
總結
所有上面的因素共同造成了地球散熱緩慢的條件，因此地球能夠保持青春到如今，否則就會像火星一樣死氣沉沉。
小宇堂
關於地心的熱量，其實要追溯到地球形成伊始，宇宙中的星體理論上都是宇宙萬物在相互碰撞、集結的過程中形成的，而在這過程中因為各種物質都是高速移動的，所以在集結碰撞時動能轉化成了熱能保存在了地球內部，並且隨著地球壯大，熱量越埋越深，最終在地心形成一股強大的能量體，也就是我們所說的地心熱量。 
另外，在地球熱量積累過程中，各種物質就像是在水中攪拌，質量重的物質在底部形成了地核，而相對較輕的物質在頂部，形成了地幔和地殼。質量重的物質其實主要就是一些放射性元素，比如鈈、鈾等，當這些元素集結在一起也會持續的放射出熱量，且這些熱量本身就處在地球最深處，熱量釋放得不到發散，就會集結成一股巨大能量。
雖然地球內部熱量如此之高，但是想要衝出地幔層、地殼層的疊加也是非常困難的，地幔層厚度將近3000公里，熱量衝出需要強大的衝擊力，而地心熱量的散發是360度發散，不會擰成一個尖銳的衝擊點，所以地心熱量散發有限，有限的熱量散發基本侷限在地幔層，即便少許衝出地幔，還有17公里厚的地殼層，相當於蓋了兩層被子，所以地心的冷卻可以忽略不計。 
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