Geotermalnej gradientu jest wskaźnik temperatury, wzrost w podłożu w miarę oddalania się od powierzchni. Jest on wyrażony w K / M ( jednostki SI ) lub, bardziej typowo, w K / km ( 1 K / km = 10 -3 K / m ).
Gradient geotermalny w Europie wynosi średnio około 30 K / km (0,03 K / m ) w pobliżu powierzchni, co oznacza wzrost o 1 ° C co 33 metry, 3 ° C co 100 metrów , 30 ° C na kilometr .
Historycznie rzecz biorąc, wewnętrzną temperaturę Ziemi po raz pierwszy przypisywano początkowemu ciepłu z powodu kolejnych wstrząsów, które miały miejsce podczas akrecji planet. Następnie badania podkreśliły znaczenie ciepła Ziemi z powodu naturalnej promieniotwórczości skał jego wewnętrznej struktury : to energia jądrowa wytwarzane przez rozpad z uranu , toru i potasu . Bezpośrednie pomiary wewnętrznego bilansu cieplnego Ziemi (we) pozostają delikatne do tego stopnia, że pozostają duże wątpliwości co do odpowiedniego udziału tych dwóch głównych składników jako źródła obecnego ciepła Ziemi. Badania szacują, że udział radioaktywności skorupy ziemskiej i płaszcza stanowi w przybliżeniu połowę całkowitej uwolnionej energii, a udział pierwotnego ciepła przekazywanego z jądra Ziemi do płaszcza szacuje się na 10 i do 20%.
Ciepło jest uwalniane głównie przez przewodzenie w sztywnej litosferze (i być może w ziarnie stałym ), przez konwekcję w płaszczu .
Ciepło wytwarzane w skorupie , płaszczu i rdzeniu jest odprowadzane w kierunku powierzchni w sposób niejednorodny (patrz artykuł Fala spalania jądrowego ), o mocy od 25 mW / m 2 dla najzimniejszych stref do 1 W / m 2 na obszarze takim jak kaldera Yellowstone .
Na kontynencie europejskim, na przykład w regionach Szwajcarii, gdzie badano głębokie odwierty geotermalne, moc wynosi od 60 do 160 mW / m 2 .
W ludzkiej skali czasu energia geotermalna ma zatem niewystarczającą intensywność, aby stanowić energię odnawialną. Aby to wykorzystać, trzeba móc liczyć na sprzyjające okoliczności, takie jak gromadzenie się ciepła kopalnego w bardzo dużych zbiornikach wodnych, które same stykają się z ciepłem resztkowym gorącego miejsca , jak na Islandii, lub głębokich wód gruntowych. jak w przypadku Doggera w dorzeczu Paryża.
Na głębokości 25 km temperatura sięga 750 ° C , co odpowiada większości temperatur topnienia skał kontynentalnych przy niskich ciśnieniach. Jednak ze względu na wysokie ciśnienie litostatyczne na tej głębokości skały skorupy ziemskiej, a nawet płaszcza na ogół nie są w stanie magmowym, ale w stanie stałym.
Typowa kopalnia węgla, taka jak Cuvelette w Merlebach, działała w 1970 r. Na 686 m pod ziemią (etapy eksploatacji odbywają się od góry do dołu, aby zminimalizować koszty). Inżynier, który uruchomił ten poziom, wiedział więc, że będzie musiał liczyć przy temperaturze o 20 ° C wyższej niż średnia temperatura powierzchni (proste obliczenie bezwładności cieplnej pokazuje, że wahania sezonowe nie mogą rozprzestrzeniać się znacznie powyżej głębokości 15 metrów).
To, w połączeniu z przewidywalnym wydzielaniem ciepła (personel i urządzenia), pozwala na takie obliczenia wentylacji, aby warunki pracy pozostały akceptowalne, co jest nazywane napowietrzaniem pola górniczego . Moc potrzebna do tej wentylacji w połączeniu z sekcją chodników zapobiegałaby ze względu na ciśnienie otwieraniu drzwi wentylacyjnych, gdyby nie były one wyposażone w pułapkę pozwalającą na kilkusekundowe obniżenie tego ciśnienia.
Gradient geotermalny może być stosowany do ogrzewania domów, niezależnie od tego, czy w połączeniu z zasadą pompy ciepła , czy też nie .