Рассмотрим внутриземные процессы, приводящие к выделению, трансформации или поглощению тепловой энергии. К первичным источникам энергии относятся: начальная внутренняя теплота Земли, обусловленная нагреванием при аккреции космических частиц из протопланетного облака, а также их начальным теплосодержанием; изменение потенциальной гравитационной энергии Земли в процессе плотностной дифференциации ее вещества; изменение кинетической энергии вращения Земли, что сопровождается превращением механической энергии в тепловую посредством приливного трения; высвобождение внутриатомной энергии при распаде радиоактивных элементов и поглощении Землей внешнего нейтринного потока.

Помимо этих внутриземных источников энергии можно еще отметить энергию солнечного излучения, падающего на земную поверхность. Абсолютная величина этой энергии огромна: она в 10 тыс. раз превышает величину теплового потока из недр, составляя в среднем 340 Вт/м2, или 5,5·1024 Дж/год. Однако 40% этой энергии сразу же отражается от поверхности, остальная часть после ряда преобразований в атмосфере, гидросфере и биосфере преобразуется в более длинноволновое излучение, нагревающее эти геосферы, а затем практически полностью (98%) излучается обратно в космос. Лишь 2% этой энергии расходуется на разрушение коренных пород земной коры и превращение их в осадочные породы, а также накапливается в органическом веществе и в горючих полезных ископаемых. Таким образом, солнечная энергия в очень малой степени сохраняется на земной поверхности и в еще меньшей степени проникает в недра. Однако солнечная радиация определяет температуру поверхности и самого верхнего слоя земной коры, а это граничное условие для любых расчетов температурного состояния литосферы.

Температура земной поверхности периодически меняется, что связано с изменением интенсивности инсоляции. Например, в течение суток происходят суточные колебания температуры, в течение года - сезонные колебания, в течение геологических эпох - климатические колебания. Толщина слоя суточных колебаний составляет 0,9-1,2 м, т.е. распространяется только на почвенный слой, а сезонных - достигает 18-40 м. Подошва слоя сезонных колебаний называется "нейтральным слоем", а сам слой, где проявляется влияние солнечной радиации, назван гелиотермозоной. Ниже гелиотермозоны располагается геотермозона - это слой, в котором проведены экспериментальные геотермические измерения. На глубинах ниже "нейтрального слоя" температура остается практически постоянной и не зависит от перемен, происходящих на поверхности под влиянием солнечной радиации.

Следует помнить, что представление об инвариантности температуры верно только для принятой точности нашей измерительной аппаратуры. Если точность аппаратуры увеличится на порядок, то толщину гелиотермозоны тоже придется пересматривать. Для проблемы определения внутренней температуры Земли и глубинных теплопотерь инсоляционные процессы не имеют значения. Можно принять, что в исторических масштабах времени температура оставалась неизменной, а в геологических - менялась не более чем на 50°С.

На протопланетной стадии основным источником энергии являлась энергия аккреции холодного вещества протопланетного газо-пылевого облака. Высказанная в конце 40-х годов О.Ю.Шмидтом и Ф.Хойлом, эта гипотеза оказалась на редкость плодотворной не только при объяснении механизма образования планет, но также и при рассмотрении эволюции Земли на планетной стадии ее развития. Величина энергии аккреции огромна - 23·1031 Дж. Часть этой энергии (примерно 15%) ушла на упругое сжатие вещества в земных недрах, но и оставшейся энергии было достаточно для разогрева Земли. По оценкам В.С.Сафронова, процесс формирования Земли длился 108 лет, поэтому энергия аккреции не расплавила земное вещество полностью. Температура недр повышалась постепенно и достигла к концу протопланетного периода 1500°С на глубине 500 км в мантии. Таким образом, первичная энергия сыграла свою главную роль в младенческом возрасте планеты.

Вклад радиогенной энергии в общий энергетический баланс также оценивается по-разному. За первые 200 млн лет существования Земли практически полностью распались короткоживущие радиоактивные изотопы, выделяющие заметную долю тепла при распаде: 26Al, 10Be, 60Fe, 36Cl, имеющие период полураспада 106-107 лет. Заметно уменьшилось и количество долгоживущих изотопов: 87Rb, 115In, 148Sm, 235U, 238U, 232Th и 40К. Из перечисленных изотопов три последних дают основной вклад в современный тепловой режим, так как их энергия спонтанного распада в 103-104 раз выше энергии распада остальных изотопов. Общий вклад радиогенной энергии составляет (0,4-2,0)·1031 Дж. Выделение радиогенного тепла спровоцировало процесс гравитационной дифференциации геосфер, т.е. формирование внешнего и внутреннего ядра, мантии и земной коры.

Наибольшая энергия, выделившаяся за геологический период развития Земли, связана с процессом образования земного ядра. По оценкам разных авторов она составляет (1,45-4,60)·1031 Дж. Пик выделения гравигенной энергии приходится, по-видимому, на период (2-3)·109 лет тому назад, когда сформировались протоконтинентальные блоки, а затем доля гравигенной энергии падала, хотя сейчас, вероятно, она превышает величину радиогенной энергии.

Оценки энергии приливного трения дают значения (0,3-0,4)·1031 Дж. и согласуются в большинстве публикаций.

Интенсивность выделения энергии каждым из источников менялась во времени. Так, выделение энергии за счет радиоактивного распада и приливного трения преобладало над энергией гравитационной дифференциации лишь на самых ранних этапах развития Земли. Но уже через миллиард лет после образования планеты ведущим энергетическим процессом становится процесс образования земного ядра и подчиненный ему процесс плотностной дифференциации мантии.

Эволюция термической истории Земли в начальный период представляется следующим образом. Интенсивное выделение аккреционной, приливной и радиогенной энергии, а также замедленность конвективного теплообмена привели к разогреву недр планеты, что могло вызвать плавление окислов железа. Они интенсивно начали тонуть в силу своей большей плотности по сравнению с силикатным веществом и образовали ядро Земли. Дифференциация ядра еще больше повысила температуру в недрах, что привело уже к плавлению базальтов и излиянию их на поверхность Земли, а также внедрению в верхние геосферы, где продолжился процесс дифференциации. Это обусловило расслоение мантии и образование литосферы, астеносферы, а в дальнейшем и земной коры.

Таким образом, в начальный период жизни планеты происходил ее разогрев, но с началом активных геологических процессов, т.е. 3,7 млрд лет, гораздо интенсивнее стали происходить теплопотери, что привело к выравниванию скоростей теплогенерации и теплопотерь.

Генерируемая Землей энергия не сразу излучается в космос. Земля - это низкотеплопроводное тело, поэтому энергия с поверхности ядра, распространяемая кондуктивным путем, еще до сих пор не достигла поверхности Земли. Скорость распространения тепла, генерируемого в мантии, соизмерима со скоростью протекания геологических процессов, поэтому очевидно, что энергия излучается после многочисленных трансформаций в геологических процессах, которые она, собственно, и вызывает.