你可能不相信，如果今天世界上的每个人都100%的使用地热能，我们地球所储存的热能可以使用的时间，居然比太阳的寿命还长。
我们来思考一下：在所有不同的发电方式或让东西（如汽车）做功的方式中，哪一种不使用来自太阳的能量？
化石燃料？不。数百万年前，原始植物从太阳获取能量来生长。然后，那些植物死了，变成了石油之类的东西，然后在你的汽车发动机里燃烧。所以，从某种角度来看，汽油是液体太阳能，只是它的形成时间非常长。
风能吗？那么，风是从哪里来的呢？一个主要的原因是地球大气的不均匀加热。这使得一个地方的空气膨胀并向其他地方推出，这种运动就是我们所说的风。当流动的空气推动风力涡轮机的叶片时，它带动发电机发电。
水力发电吗？当水顺河而下时，它利用重力势能来驱动涡轮机。但是水从太阳那里得到了潜在的能量：太阳辐射加热了水，大部分来自海洋，所以它蒸发了。最终变成雨水，流入湖泊和河流，重复这一循环。（好吧，水也可以在没有阳光的情况下蒸发，但太阳是这里的主要因素。）
这就只剩下两种主要的能源技术，核能和地热能，它们不依赖于太阳。核电站用蒸汽带动涡轮机旋转发电。能量来自于像铀这样的高质量原子分裂成更小的碎片。因为产物的质量略小于起始原子的质量，所以你得到了能量。我们从爱因斯坦著名的E=mc2方程中知道了这一点。
但是，起始原子从哪里得到能量呢？答案是：一颗爆炸的恒星。超新星的极端能量创造了条件，使较小的元素融合成较重的元素。然后，数十亿年之后，我们在核反应堆中得到了这些能量。
地热能。也许这是我们所拥有的最好的能源 —— 它利用来自地球内部的热能来产生电能。这就像免费的钱。但我们总是会质疑免费的东西（或免费的能源）。所以，在这里有两件事需要考虑：这些热能从何而来？这种能源在我们用完之前能持续多久？这也是最有趣的部分。我们来做一个简短的解释和估计怎么样？
它是从哪里来的？
热的东西有能量，我们称之为热能。从热物体获得的能量（ΔE）取决于三件事：它的质量（M）、它的温度变化（ΔT）和它的比热容（C）：
比热容是什么？这是一个术语，它告诉你一个物体每摄氏度每质量有多少能量。这只取决于材料的类型。如果你在相同的温度下有一克水和一克泡沫塑料，水会有更多的能量，因为它有更高的比热容。这意味着你需要知道你要从哪种材料中获取能量；对于地热能而言，它主要是接近地表的岩石和地核中的铁。
对于地球内部来说，这种热能来自两种来源：重力和放射性。重力部分与行星的形成有关。早期太阳系的物质对其他物质有引力，所以它们会一起“坠落”。当大块的物质一起运动时，它们的速度增加，相互碰撞，变得越来越热。
从重力势能到动能的增加，再到热能的增加。同样的事情也发生在你把东西掉在地上的时候。这个物体可能是从重力势能开始的，但后来它掉在地面上时，温度会稍高一些。地球就是这样。
好吧，那是很久以前的事了。但为什么还是热的？确实，地球已经冷却了大约50亿年，向太空辐射能量。但内部仍然很热的原因与尺度物理有关。简而言之，大事不像小事。地球内部的热能与其体积成正比，体积按行星半径的立方（r3）缩放。能量的辐射损失穿过地球表面，这与半径的平方成正比（r2）。
这意味着：如果半径加倍，热能增加8倍（=23），但表面积只增加了4倍（=22）。所以物体越大，冷却的时间就越长。这就是为什么月球内部要比地球要冷得多。
不过，地球引力的形成不足以解释目前的内部温度。另一种能量来源是铀、钍和钾等较重元素的放射性衰变。
那么，需要多长时间才能将地球上所有的热能消耗殆尽呢？这取决于地球上有多少，以及我们以多快的速度将其耗尽。
地球里到底有多少？
让我们从估算地球的总热能开始。需要说明的是，评估就像洋葱。当然不是刺激的让你流泪。这是因为评估是有层次的。
在这个估计问题的最外层，我们只能使用一些粗略的假设。从简单开始，看看我们能走多远；如果有必要，您也可以更加深入，然后再将事情复杂化。那么我们就从以下数据开始吧：
- 地球半径：6.371 x 10^6米
- 地球质量：5.965 × 10^24公斤
- 地球内部温度：1000到5000摄氏度
- 地球内部的比热容：每摄氏度每公斤800（铁）至2000（岩石）焦耳
正如你所看到的，我们并没有单一的温度和比热容的值，因为当你从地核移动到岩石地壳时，这些值是会发生变化的。那么，我们保守一些，使用最小总能量的值计算。我怀疑，即使是使用最低的值，总的能量也将是巨大的。
让我们来试试。先计算一下温度从1000摄氏度变化到100摄氏度时所能释放的能量。我们使用Python来做个计算器，下面就是答案。
这真的是非常多的能量。 如果你用这些能量来为iPhone 11充电，那么将可以给1.01066 x 10^26台iPhone 11完全充电，听起来很疯狂吧！ 但是，你知道还有什么更疯狂的吗？ 那就是人类消耗的能量。 那么，如果全人类使用地热作为100%的能源来源，我们能维持多久呢？
它能维持多久？
让我们首先回顾一下功率和能量之间的差异。 能量是我们刚刚计算出的东西。而功率是能源的消耗率。
如果能量以焦耳为单位，时间以秒为单位，那么功率将以瓦为单位。举个例子，一个骑自行车的普通人可以产生大约100瓦的功率。如果，我们知道功率和总能量，那么就可以计算出使用所有这些能量所需的时间。
那么，让我们假设地球上有80亿人。以单位能耗比较高的美国人为例，那么一个典型的家庭平均用电量约为1千瓦。如果一栋房子里有4个人，那就是每人250瓦。当然这个消耗太高了，地球上的其他人类无法获得那么多的能源。所以，我们就按照全地球的人类平均功率100瓦来计算。
现在，我们可以用8000亿瓦（100瓦×80亿人）的功率，来计算使用地球上4 x 10^30亿焦耳能量的时间。另外，我们要应该假设热能转换成电能的效率不是百分之百，比如，只有10%的热能被转化为有用的东西。以下是计算结果：
这可真是个好消息！即使采用了最保守的估计，我们也应该能够获得170亿年的免费电力，而且不会产生任何二氧化碳排放或核废料。这简直比太阳存活的时间还长。这么美好的愿景，真的期待能早日出现地热能利用的霸主。
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