(zie Aarde, inwendige van de, 15°).Warmteverdeeling van de aarde, bepaald door de resulteerende werking van afkoelende en warmtegevende factoren.
I.De warmtegevende factoren of de zgn. energiebronnen van de aarde:
A) Endogene energiebronnen, d.w.z. in het inwendige van de aarde zetelend. De belangrijkste energiebronnen zijn:
1° de beginwarmte der aarde. Deze ontstond waarschijnlijk kosmisch, toen de aarde een gloeiende nevel was. Volgens sommigen terrestrische ontstaanswijze en wel twee opvattingen: de theorie van D a v y of de theorie der chemische processen (aardwarmte door oxydatie en canonisatieprocessen) en de mechanistische theorie van Mohr (aardwarmte door drukwerking, resp. bij gebergtevorming, door dikke aardlagen, bij instorting van holen enz.). Terrestrische ontstaanswijze niet aannemelijk.
2° De warmte door contractie van de aarde, tengevolge van de afkoeling (zie Contractiewarmte). Bij gelijkmatige afkoeling van een homogenen bol gaat ± 67% van de uitgestraalde warmte over in contractiewarmte, slechts 43% werkelijk verlies. 3° De radioactieve stoffen. 1 g uraan ontwikkelt 2,5 X 10-8 gcal/sec, d.w.z. per jaar warmteontwikkeling = 0,79 cal. 1 g thorium ontwikkelt 6,8 X 10zie9 gcal/sec of 0,21 cal/jaar. 1 g radium ontwikkelt 0,7 x 1O-2 gcal /sec of 5,0 X 108 cal gedurende zijn geheele bestaan.
4° De warmte door kristallisatie. Vooral door H. Jeffreys (1924) bij berekeningen over de afkoeling in aanmerking genomen.
5° De warmteontwikkeling door exotherme reacties, d.w.z. warmteontwikkeling bij physisch-chemische omzettingen in de aarde. 6° De orogenetische energie, d.w.z. warmteontwikkeling door gebergtevormende krachten, o.a. door J. Hutton en J. Playfair (1795) verondersteld, later door R. Mallet (1873), K. A. Lossen (1883), E. Haug (1907) en M. Lugeon (1930) gepopulariseerd.
B) Exogene energiebronnen, d.w.z. buiten het aardoppervlak zetelend.
10 De zonnewarmte. Gemiddeld ontvangt het aardopp. per dag 920 cal/cm2. Deze warmtehoeveelheid varieert echter door terrestrische (o.a. lang-periodische veranderingen van het C02gehalte van de atmosfeer volgens Arrhenius of van waterdamp en stof volgens Sarassin, door wisselende vulk. werkzaamheid enz.) of extra-terrestrische invloeden (variatie van de aardbaan volgens Croll, zonnevlekkenperiode volgens Filippi enz.).
2° Neervallend kosmisch materiaal. Volgens sommigen veel waarde gehecht aan de warmteontwikkeling tengevolge van de wrijving, die meteorieten in de atmosfeer ondervinden of bij botsing op den bodem.
II.De afkoelende factoren
De aarde staat voortdurend warmte af aan de koude wereldruimte. Als intermediaire zone dient de atmosfeer. De temp. hierin blijft practisch constant, terwijl de vaste aarde zelf steeds afkoelt. De warmteafgifte aan de atmosfeer geschiedt:
a) Door geleiding of conductie. Dit hangt af van de verdeeling van land en water, van den aard van het gesteente (het vochtgehalte, temperatuur, gelaagdheid), de vegetatie enz.
b) Door straling of radiatie. Max. afkoeling, als de hoek tusschen uitstralingsrichting (loodrecht op het grensvlak van 2 media) en warmtegeleidingsrichting in de aarde = 0. Uitgestraalde energie benaderd = 4 πr2 0 T4 (Wet van Stefan-Bolzmann), als r = straal van de aarde, o — 8,184 X 10”11 gcal/sec/cm2, T = absolute temp.
c) Door vulkanische werkingen. Bij erupties worden groote warmtehoeveelheden uit het inwendige van de aarde naar de oppervlakte gebracht. Door H. H. P o o l e (1923) is het eerst op dezen afkoelingsfactor gewezen. In 1927 werd door F. L o t z e voor de geheele aarde het warmteverlies berekend, door al de erupties sinds 1600 veroorzaakt. Minimaal 1,8 X 1020 cal, d.w.z. gem. 0,2 x 1011 cal/sec, m.a.w. ongeveer dezelfde grootte-orde als het warmteverlies door geleiding.
III.Resulteerend warmte-eflect van verwarming en afkoeling.
De temperatuursverdeel in g in de aarde.
A) Bij ontbreken van radio-actieve stoffen.
B) Bij aanwezig zijn van radioactieve stoffen. Vooral door H. Jeffreys onderzocht.
1° Bij gelijkmatige verdeeling. Uit de algemeene temperatuur formule, voor een willekeurige diepte in de aarde, berekende Jeffreys:
a) de dikte van de radioactieve laag. Deze varieert tusschen 10 en 20 km;
b) de diepte en verplaatsing van het spanningsvrije vlak. De sterkste spanningen op plaatsen met sterke temperatuursveranderingen. Aardopp. en kern bezitten vrij constante temp. Beide opp. dus tamelijk spanningsvrij. Volgens H. Jeffreys en B. Gutenberg diepte van het zgn. 3e spanningsvrije vlak op ± 125 km. Gemiddelde verplaatsing omlaag ± 71/2 mm /eeuw.
c) De gevolgen der afkoeling. Straalverkorting van de aarde: totaal ± 29 km, gem. 1 mm/eeuw. Oppervlaktevermindering. Na 2 x 10-8 jaar ± 8 X 105 km2, d.w.z. verkorting = 1/1000 km2/ km2. Lineaire verkorting op het aardopp. bedraagt 0,18 km op 400 km lengte.
2° Bij exponentieele afname der radioact. stoffen met de diepte. Ongeveer dezelfde waarden als boven.
3° Bij verdeeling volgens lagen. Dikte van de radioactieve laag ± 30 km volgens Jeffreys.
Koelt de aarde werkelijk af ondanks de radioactieve stoffen? Indien geen temp.-veranderingen optreden zou in de temperatuurformule van Jeffreys de factor tijd moeten vervallen. Hieruit volgt een voorwaarde voor den gradiënt en de temperatuursverdeeling.
Zoowel bij gelijkmatige verdeeling als bij exponentieele afname der radioactieve stoffen zou de temp. steeds beneden de smelttemp. van gesteenten blijven; het geothermisch bedrag zou 12 m moeten zijn. Hieruit volgt, dat de aarde voortdurend afkoelt.
De afkoelingsprocessen v. d. aarde l°De overgang van het gasvormige stadium in het vloeibare. Volgens Eddingtou vereischte tijd van de orde 107 jaar.
2° De korstvorming duurde volgens O. Schmiedele.a. ± 900—1000 millioen jaar.
3° De vorming der hydrosfeer. De tijdsduur is te berekenen uit de vereischte temperatuursdaling van het aardopp. of uit den invloed van het reliëf op de afkoeling. Volgens O. Schmiedel de vereischte tijd ± 312—445 millioen jaar.
S. Tromp.