Почти все основные физические свойства вещества Земли зависят от температуры. В зависимости от температуры меняется давление, при котором происходит переход вещества из твердого в расплавленное состояние. При изменении температуры меняются вязкость, электропроводность, магнитные свойства пород слагающих Землю. Чтобы представить себе, что происходит внутри Земли, мы обязательно должны знать ее термическое состояние.     Непосредственно измерять температуры на любых глубинах Земли мы пока не имеем возможности. Нашим измерениям доступны только несколько первых километров земной коры. Но мы можем определять внутреннюю температуру Земли косвенным путем, на основе данных о тепловом потоке Земли.     

   Невозможность прямой проверки — это, конечно, очень большая трудность во многих науках о Земле. Тем не менее успешное развитие наблюдений и теорий постепенно   приближает наши знания к истине.          

   Современная наука о тепловом состоянии и истории Земли — геотермика — молодая наука. Первое исследование по геотермике появилось лишь в середине прошлого века. Вильям Томсон (лорд Кельвин), тогда еще совсем молодой ученый, физик, посвятил свою диссертацию определению возраста Земли на основе исследования распределения и  движения  тепла внутри планеты. Кельвин полагал, что внутренняя температура Земли со временем должна уменьшаться вследствие формирования и отвердевания планеты из расплавленного вещества.

   Определяя термический градиент — скорость увеличения температуры с глубиной — в шахтах и скважинах на различной глубине, Кельвин пришел к выводу, что по этим данным можно предположить, как долго Земля должна остывать, и, следовательно, определить возраст Земли. По оценке Кельвина, температура на ближайших глубинах под поверхностью увеличивается на 20 - 40° С на каждую тысячу метров глубины. Получалось, что Земля остыла до современного состояния всего за несколько десятков миллионов лет. Но это никак не сходится с другими данными, например, с данными о продолжительности многих известных геологических эпох. Дебаты по этому вопросу продолжались полвека и поставили Кельвина в оппозицию таким выдающимся эволюционистам, как Чарльз Дарвин и Томас Гексли.     

   Кельвин основывал свои выводы на представлении о том, что Земля первоначально была в расплавленном состоянии и постепенно остывала. Эта гипотеза господствовала в течение десятилетий. Однако на рубеже XX века были сделаны открытия, принципиально изменившие представления о природе глубинного теплового потока Земли и ее тепловой истории. Была открыта радиоактивность, начались исследования процессов освобождения тепла при радиоактивном распаде некоторых изотопов, сделаны выводы о том, что породы, слагающие земную кору, содержат значительное количество радиоактивных изотопов.          

   Непосредственные измерения теплового потока Земли начались относительно недавно: сначала на континентах — в 1939 году в глубоких скважинах в Южной Африке, на дне океанов позднее — с 1954 года, в Атлантике. В нашей стране впервые тепловой поток был измерен в глубоких скважинах Сочи и Мацесты. В последние годы накопление экспериментально полученных данных о тепловых потоках идет достаточно быстро.      

    Для чего это делается? И нужны ли еще новые и новые измерения? Да, очень нужны.  Сопоставление   измерений   глубинного теплового   потока,   проведенных   в   разных точках планеты, показывает, что потеря энергии через различные участки поверхности планеты идет по-разному. Это говорит о неоднородности коры и мантии, дает возможность  судить о характере многих процессов, протекающих на различных недоступных нашему глазу глубинах под земной  поверхностью, дает ключ к изучению механизма развития планеты и ее внутренней энергетики.     

   Сколько же тепла Земля теряет за счет теплового потока из недр? Оказывается, что в среднем это значение невелико — около 0,06 ватта на квадратный метр поверхности, или около 30 триллионов ватт над всей планетой. От Солнца Земля получает энергии приблизительно в 4 тысячи раз больше. И, конечно, именно солнечное тепло играет главную роль в установлении температуры на земной поверхности.     

   Тепло, выделяемое планетой через поверхность площадью с футбольное поле, приблизительно равно теплу, которое могут дать три стоваттных лампочки. Такой поток энергии кажется незначительным, но ведь он исходит от всей поверхности Земли и постоянно! Мощность всего теплового потока, идущего из недр планеты, примерно в 30 раз больше мощности всех современных электростанций мира.          

   Измерение глубинного теплового потока Земли процесс непростой и трудоемкий. Через твердую земную кору тепло проводится  к поверхности  кондуктивно,  то  есть посредством распространения тепловых колебаний. Следовательно, количество проходящего тепла равно произведению температурного градиента (скорость  увеличения температуры с глубиной) на теплопроводность. Чтобы определить тепловой поток, непременно надо знать эти две величины. Температурный   градиент   измеряют  чувствительными приборами - датчиками (термисторами) в шахтах или специально пробуренных   скважинах,   на   глубине   oт   нескольких десятков до нескольких сот метров. Теплопроводность горных пород определяют, исследуя в лабораториях образцы.      

   Измерение тепловых потоков на дне океанов связано с немалыми трудностями: работы приходится вести под водой на значительных   глубинах. Однако   там   есть   и свои преимущества: на дне океанов не приходится бурить скважины, потому что осадки обычно достаточно   мягкие  и   длинный цилиндрический зонд, с помощью которого делают замеры температуры, легко погружается  на  несколько метров  в  мягкие осадки.     

  Тем кто занимается геотермикой, очень нужна карта теплового потока для всей поверхности планеты. Точки, в которых уже проведены измерения теплового потока, распределены по поверхности Земли чрезвычайно неравномерно. На морях и океанах измерений сделано вдвое больше, чем не суше. Северная Америка, Европа и Австралия, океаны в средних широтах изучены достаточно полно. А в остальных участках земной поверхности измерений пока мало или совсем еще нет. И все же современный объем данных о тепловом потоке Земли уже позволяет построить обобщенные, но достаточно достоверные карты.     

   Выход тепла из недр Земли на поверхность  происходит  неравномерно. В некоторых районах Земля отдает больше тепла, чем в среднем по планете, в других — выход тепла значительно меньше. «Холодные пятна» приходятся на Восточную Европу (Восточно-Европейская платформа), Канаду (Канадский щит), Северную Африку, Австралию,   Южную Америку глубоководные бассейны Тихого, Индийского и Атлантического океанов. «Теплые» и «горячие» пятна — участки повышенного теплового потока — приходятся  на  районы Калифорнии,   Альпийской   Европы,   Исландии,   Красного моря,   Восточно-Тихоокеанского поднятия, подводных срединных хребтов Атлантического и    Индийского океанов.