Теплово́е по́ле Земли́, одно из геофизических полей, отражающее распределение температуры в глубоких недрах Земли. Определяется условиями теплообмена с окружающей средой, величиной и распределением глубинных источников тепла, строением Земли и теплофизическими характеристиками слагающих её пород. Изучением теплового поля Земли занимается геотермия.

Непосредственно определяемой характеристикой теплового поля Земли является плотность теплового потока (количество тепловой энергии, излучаемой с единицы площади поверхности Земли в единицу времени), равная произведению коэффициента теплопроводности и градиента температуры. В геотермии для обозначения плотности теплового потока прочно установился термин «тепловой поток», а тепловой поток со всей поверхности Земли обычно называют глобальным или планетарным тепловым потоком.

Измерение теплового потока на континентах и океанах проводят различными методами. При изучении теплового поля приповерхностных слоёв Земли на континентах необходимо учитывать влияние солнечной радиации, вызывающей колебания температуры под поверхностью Земли. Глубина распространения суточных колебаний составляет 0,9–1,2 м, сезонных и годовых – 18–40 м. Нижней границей слоя сезонных колебаний температуры является т. н. нейтральный слой. Экспериментальные геотермические измерения проводятся ниже этого слоя, где температура остаётся практически постоянной и не зависит от изменений условий на поверхности. Для устранения влияния различных приповерхностных возмущений при определении глубинного теплового потока преимущественно используют скважины глубиной больше 1000 м. Океанические измерения также проводят на значительных глубинах, где температура дна постоянна.

Среднее значение теплового потока по континентам составляет 58–66 мВт/м², по океанам – 93–101 мВт/м², по планете в целом – примерно 80 мВт/м². Определение плотности теплового потока позволяет контролировать правильность выводов о внутреннем строении Земли и энергетике процессов, происходящих в земных недрах, а также оценивать значение планетарного теплового потока (потерь тепла Землёй). По современным оценкам он составляет 41–46 ТВт [(4,1-4,6)·10¹³ Вт] и на несколько порядков превосходит энергетические потери, связанные с тектоническими и геологическими процессами. Современная скорость потерь тепла Землёй оценивается величиной примерно 10²¹ Дж/год, что на порядок выше энергии, выделяемой при землетрясениях или извержении вулканов.

Изменение температуры с глубиной определяют с помощью различных измерений, оценок и расчётов с учётом различных механизмов теплопереноса. Т. к. среднее значение геотермического градиента у поверхности равно 30 К/км и убывает с глубиной, можно оценить температуру на глубине 100 км величиной 1400–1700 К. Более точную оценку дают температуры плавления лав – около 1600 К.

Мантия Земли по отношению к сейсмическим волнам ведёт себя как твёрдое тело, поэтому за верхний предел температур можно принять величину, определяемую в соответствии с кривой плавления. С помощью полуэмпирических формул и геофизических данных можно оценить, что на границе с ядром температура мантии примерно составляет 3800±200 К.

Внешнее ядро Земли находится в расплавленном состоянии, поэтому температуру плавления железа (преобладающего в составе ядра) можно принять за верхнюю оценку возможных температур ядра. Вероятное присутствие примесей в жидком железном ядре приводит к оценке температуры на границе ядра и мантии в 4000–5000 К. В жидком ядре по причине конвективного перемешивания температура не может сильно отличаться от адиабатической, тогда в центре Земли температура может достигать 5000–6000 К.

Неопределённость оценок температуры зависит от глубины (возрастает от ±10 % в литосфере до ±30 % в центре Земли) и точности определения термодинамических параметров. Кроме того, существуют горизонтальные вариации температуры, достигающие, вероятно, ±50 % от средних радиальных значений. Более детальное распределение температуры получают из решения уравнений тепловой конвекции с использованием реперных точек – температур фазовых переходов в мантии. Для переходов на глубинах 410, 660 и 2650 км эти температуры составляют соответственно 1810, 1940 и 2500 К.