Wie die Beobachtungen aus Minen und Bergwerken zeigen, wird es, je tiefer man ins Erdinnere kommt, immer wärmer. Arbeiter in den tiefsten Stollen der Welt arbeiten bei Temperaturen von ca. 45°C.

Durch Tiefenbohrungen und durch spezielle Temperatursonden, die in die weichen Sedimente des Meeresbodens gestoßen wurden, stellte man fest, dass es sich bei der Temperaturzunahme zum Erdinneren hin um ein weltweites Phänomen handelt. Man nennt es Erdwärme, oder - mit dem Fachbegriff - Geothermie.

Geysire - Zeugen der Erdwärme © DOE

Der Anstieg der Temperaturen mit zunehmender Erdtiefe, der geothermische Gradient, beträgt etwa zwei bis drei Grad pro 100 Meter Tiefe. Da Wärmeenergie immer vom Ort der höheren Temperatur zu Stellen niedrigerer Temperatur fließt, ließ sich aus diesem Gradienten schließen, dass ein Wärmefluss vom Erdinnern zur Erdoberfläche existiert. Der Ursprung dieses Wärmeflusses wurde intensiv untersucht. Man führt ihn auf verschiedene Quellen zurück.

Ein Teil der Erdwärme stammt aus der Zeit der Erdentstehung. Kosmisches Material, das von der Schwerkraft der wachsenden Erde angezogen wurde, setzte beim Aufprall mit hohen Geschwindigkeiten wahrscheinlich enorme Wärmemengen frei. Man nimmt an, dass die Erde bei ihrer Entstehung glutflüssig war und dann langsam abkühlte. Dieser Wärmefluss, den man auch Ursprungswärme nennt, macht jedoch nur etwa 30 Prozent der Erdwärme aus.

Der größere Teil, nämlich ca. 70 Prozent des beobachteten Wärmeflusses entsteht bei dem ständigen radioaktiven Zerfall der in der Erde natürlich vertretenen radioaktiven Elementen wie Uran (U 238), Thorium (Th 232) und Kalium (K 40). Die Atomkerne geben durch a -Zerfall über Zeiträume von Milliarden Jahren kleine aber regelmäßige Wärmemengen ab. Die radioaktiven Elemente sind im natürlichen Gestein wie Granit und Basalt enthalten. Eine Tonne Granit liefert im Durchschnitt pro Sekunde 0,8´ 10-6 Joule Wärme. Bei einer Dicke der Granitschicht unter den Kontinenten von durchschnittlich 20 Kilometern beträgt der Wärmefluss zur Erdoberfläche 4,2´ 10-6 Watt pro Quadratzentimeter.

Eine kleine, fast vernachlässigbare Wärmequelle stellt außerdem die Gezeitenreibung dar.

Würde der Temperaturanstieg zum Erdinnern hin die gleichmäßige Rate von 3°C pro 100 Meter beibehalten, so würde man für den Erdmittelpunkt (6350 km) eine Temperatur von 190.500°C erhalten. Vermutlich ist die Temperatur dort jedoch geringer als 6000°C. Dies unterstützt die Vermutung, dass der größte der Teil der Wärme im Gestein nahe der Oberfläche erzeugt wird. Die Rate des Temperaturanstieges mit jedem weiteren Kilometer Tiefe nimmt demnach ab. Der genaue Temperaturverlauf unterhalb von 10 km ist unbekannt.