地热
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第517页（3862字）
地球内部的热简称为地热。
火山是最猛烈的地热显示，温泉是最常见的地热露头。但是，大部分地热则是通过岩石的传导作用传输向地球表面，所传输的热量称大地热流量。火山和温泉最易为人们所感知，因此，中国最早的地理文献《山海经》就有昆仑火山和崆峒温泉的报道。大地热流量(量级为μJ／cm2·s)则为太阳的辐射热流量(量级为10－2J／cm2·s)所掩盖，长久以来为人类所不知。只有古代的矿工深入到地下的矿井才深感大地热流的威力。
研究地热的科学称地热学(Geothermics)。这一名称1849年由瑙曼(K．F．Naumann)首先提出。实际上有关研究从1644年笛卡儿(R．Descartes)的涡动说的提出已开始，他认为地球自产生之日就处于灼热状态。
1676年莱布尼兹(G．W．Leibnitz)曾考察哈尔茨山的矿藏，并赞同地球形成时曾处于熔融状态的假说。1749年法国布丰(G．L．L．de Buffon)提出了地球演化的第1个灾变假说，认为地球是太阳与彗星碰撞而成，把地球的热演化史分成7个阶段。12年后艾皮努斯(F．A．Aepinus)提出了地球的冷演化模式，认为地球是由陨石聚集而成，其后由于太阳能的聚集而变暖。
到了19世纪上半叶，随着物理学的进展，才推动了地球热学研究的发展，特别是19世纪80年代以后，温度计愈来愈完善，促进了实验热学的发展，有可能对大量钻孔、泉和矿井进行温度的观察。
尽管这时地质学经历了水成论和火成论之争，依然未成为理性的科学，而地热学基本还是一般热学的一部分，但是对区别地球表面热状态的要求显得越来越迫切。当时洪堡(A．von Humboldt)通过安第斯山观察，支持火成论击败水成论，并首次提出等温线和等压线的概念。
1829年库普费尔(A．T．Kupffer)利用大量数据编制了地球表面温度图和大气温度图。1830～1833年赖尔(C．Lyell)的《地质学原理》问世，标志地质学进入理性的科学。
他根据库普费尔和科尔迪尔(M．C．M．Cordier)等人提供的矿井中测得的温度数据，在书中列出“地温随深度增加”－节，并认为“火山作用可以解释为地球的内热对外壳的影响”；温泉则是“由地球内部所产生的热量所造成的”。
正是人们对自然界温度观察的日益深入和实验研究的不断进展，才促使1849年“地热学”一词的问世。
但是直在20世纪30年代以前，地热学依然借鉴固体热传导方面的理论和仪表，集中于地下温度的测量和岩石热物性的研究。这一时期最重要的是于1867年在英国科学技术促进会(British Associa tion for the Advancement of Science)中成立了“地下温度委员会”，秘书长为埃弗勒特教授(J．D．Everett)，5年以后成立另一个委员会以研究岩石的热导率。
这些研究确认地下20～30m以下深度，其温度随深度增加，表明从地球内部有流向地表的热流存在；同时发现岩石热导率随温度有规律的变化，并对热量的传导机制有了更系统的认识。
19世纪末放射性元素的发现使地热学的研究进入新阶段。20世纪初叶，霍姆斯(A．Holmes)用放射性测量方法研究岩石的年龄，1913年提出第1个列出绝对年代的地质年代表，又于1915年利用地球内部温度分布估计了地球的年龄。同时乔利(J．Joly)从含放射性锆石和绿透辉石的岩石估计地球的年龄，并试图用地球内部放射性衰变产生的热对流来解释地壳的形成。
1924年杰弗里斯(H．Jeffreys)根据放射性同位素研究了地球的热历史，认为地球从太阳分离出后在1．5万年内就固结了，而地壳自固结以来已超过30亿年。地球热历史的研究一直持续到现在。
地热学发展的第3阶段是热流测量阶段。早在1935年英国科学技术促进会责成一委员会收集已有的温度梯度和岩石热导率资料，并获取新的资料。
1937年由菲利普斯(D．W．Phillips)提交的报告指出：虽然有几百个岩石热导率和温度梯度数据，但在世界上那时还没有任何一个地点同时测过这两种量，所以实际上没有一个能知道其热流值。
热流测量首先从陆上开始。1939年本菲尔德(A．E．Benfield)在英国5个钻孔中进行测量；同年克里赫(L．J．Krige)在南非测定了6个钻孔的温度梯度，布拉德(E．C．Bullard)测定了钻孔岩心的热导率值，从而获得首批大地热流量数据。海底温度梯度测量最初是由佩特松(M．N．A．Petterson)在1949年进行了试验，1954年始由布拉德在大西洋进行热流测量。虽然热流测量自30年代末已经开始，但由于测试技术和方法问题，到1945年全球热流量值只有20个，全属陆上的；1955年也不足100个，到1960年也只有200个。到了60年代，板块学说兴起，热流研究特别是海洋热流量的测量才得到极大的发展。
第1个完整的热流编目由李(W．H．K．Lee)在1963年作出。1965年李和上田(S．Uyeda)又对1964年以前测得的2000个热流量数据(其中大陆仅200个)作了评述。
1966年李和克拉克(S．P．Clark)又作了增订，以后又公布了几百个热流量数据。1968年西蒙斯(G．Simmons)和宝来(K．Horai)作成全球热流值一览表。
1969年宝来和西蒙斯用3000个热流值进行陆地热流的球谐分析。60年代末，国际热流委员会成立以促进国际合作，主办会议和综合资料。1970年李发表了大地热流的综合性专着，其中所列热流量值3127个，大洋中为2530个，占81%，文中描述了热流与海底年龄的关系。1976年国际热流委员会公布全球热流量值达5417个，其中大洋3718个，占68．5%。到1979年热流量值增至7217个，其中大洋占4409个，占80%。但是热流测量点分布很不均匀，许多大陆尚属空白。
自60年代末开始，地热流的研究又跨上新的台阶。赫尔岑(R，P．von Herzen)等对大洋热流量的测量和研究，发现洋底热流随地质年龄而减少，为海底扩张和板块构造提供了重要的证据。在陆地上，留比莫娃(E．A．Lubimova)、韦尔玛(R．K．Verma)分别对欧亚大陆和印度作过区域性总结，发现大陆热流和最新构造活动的地质年代也有密切关系，愈老的构造热流值愈小。更重要的是，1968年拉琴布鲁赫(A．H．Lachenbruch)等发现热流和岩石中的放射性元素含量呈线性关系，并将北美分成3个热流省。
罗伊等(1970)和沙斯(J．H．Sass，1971)分别编过北美的热流图。至今为止，热流省的划分仍是地热研究的重要课题。
中国大地热流的研究也始于70年代。
1979年公布首批可信度较高的数据(汪集旸等)。
到1991年共得数据437个，其中质量高和较高的分别为216和110，占统计总数的74%，质量差的为92个，占22%，还有19个为局部异常值，占4%。但热流测量工作75%集中于东经105°以东地区。
另外，台湾于1984年公布了94个数据。
70年代地热学发展的另一特点，是“应用地热学“发展成为一门独立的科学．70年代的能源危机，刺激想寻找一种新的代用能源和改善与保护环境，地热能的研究掀起高潮，受到联合国和世界有关各国的重视。自60年代到80年代初，联合国召开了4次有关地热的讨论会。
第1次在罗马(1961)，称新能源讨论会．其中只有80篇地热能文章；第2次和第3次都称“联合国地热资源开发利用专题讨论会”，分别在比萨(1970)和旧金山(1975)举行；第4次内罗毕会议，于1981年举行，称“联合国新能源和可再生能源会议”。此外还有许多地区性的地热能会议。鉴于目前已开发的地热田都是以水作为载热体的水热型，因此杰索甫(A．M．Jessop)将其称之为“水文地质学时代”。
自埃弗勒特于1868年提出有关地下温度的第1个报告和1939年测得第1个热流数据以来，地热学取得了长足的进展，但尚遗留甚多重大的问题。如：在一些复杂的地段，如洋脊、陆架、冰帽、火山带等，热流如何测量?在这些地段大地热流这一术语的含意是什么?热流省的意义是什么?海洋平均热流为何与大陆平均热流相近?放射性热产量如何与地表热流相匹配?热和温度如何控制沉积盆地的形成?等等，都还值得进一步研究。
。【参考文献】：1 Lee W H K，Uyeda S．American Geophys，1965
2 Buntebarth G．Geothermics，1984
3 Jessop A M．Developments in Solid Earth Geophysics，1990
(北京大学廖志杰教授撰)