Die Erde hat eine Kruste, einen Mantel, einen äußeren Kern und einen inneren Kern, wobei jeder heißer wird als der andere. Wie kommt es, dass die Wärme im Zentrum der Erde über Millionen und Abermillionen von Jahren nicht durch das Material des Planeten geleitet wurde, so dass der gesamte Planet eine gleichmäßige Temperatur hat?
Das hat mich immer gestört, weil wir alle lernen, dass die Temperatur von hohen zu niedrigen Bereichen diffundiert, aber das Erdzentrum ist super heiß, während sich der Boden ziemlich kalt anfühlt, wenn Sie ein 30 cm großes Loch graben. Ich habe das nie verstanden. Gedanken?
Es ist ein bisschen wie wenn man einen dicken Pullover anzieht. Die Innenseite Ihrer Kleidung ist wärmer als die Außenseite Ihrer Kleidung.
Der größte Teil der Wärme innerhalb der Erde kann dem radioaktiven Zerfall (von langlebigen Isotopen wie Kalium) zugeschrieben werden. Diese Wärme wird ständig an die Oberfläche geleitet. (Ja, wenn Sie in eine tiefe Mine hinuntergehen, wird Ihnen heißer.) Es stellt sich heraus, dass kilometerlanges Gestein als einigermaßen guter Isolator funktioniert.
Denken Sie daran, dass der Temperaturunterschied beeinflusst, wie schnell Wärme übertragen wird. Wenn die Oberfläche fast so heiß wäre wie das Innere (wie bei ihrer ursprünglichen Entstehung), dann würde die Oberfläche viel schneller Wärme in den kalten Nachthimmel abstrahlen, und die Kruste würde die innere Wärme noch langsamer vom Kern zur Oberfläche leiten, und das ein Ungleichgewicht würde dazu führen, dass die Oberfläche Nettowärmeenergie verliert und abkühlt (während sich der Kern noch weiter aufheizt); Dieser Prozess setzt sich fort, bis ein Gleichgewicht erreicht ist (wobei jede Erdschicht ihre eigene ungefähr stabile Temperatur hat und jede Schicht überschüssige Wärmeenergie mit genau der gleichen Geschwindigkeit abgibt, mit der sie sie erhält).
Der Druck im Kern ist höher, daher sind dort höhere Temperaturen thermodynamisch günstiger.
Noch wichtiger ist, dass sich die Erde nicht im thermischen Gleichgewicht befindet. Wärme kann sich vom Kern nicht annähernd so effizient nach außen bewegen wie beispielsweise von der Oberfläche des Planeten, sodass die Oberfläche viel schneller abkühlt.
Es gibt auch Mechanismen, die tief unter der Erde, aber nicht an der Oberfläche, weiterhin neue Wärme erzeugen: Reibung durch die Bewegung von Material unter der Oberfläche und dortiger Zerfall radioaktiver Elemente.
Der Erdkern verliert Energie an das Universum. Nur ganz ganz langsam. Auch radioaktive Elemente im Mantel und Kern heizen das Erdinnere auf. Auch die Reibung von einfallendem Material zum Kern fügt dem Erdkern Wärme hinzu. Außerdem verhindern all diese Gesteinsschichten, dass die Erde Wärme verliert.
Die Schwerkraft erzeugt weiterhin Energie. An der Oberfläche kann diese Wärme leichter abgeführt werden als im Kern.
DJohnM