类地行星主要包括水星、金星、地球、火星等，它们富含高温下从太阳系原始星云中析出的硅酸盐和金属，在凝聚成行星过程中形成由岩石圈包围着金属核的类地行星结构。类地行星由于大小、组成、内能和距日远近相差不大，它们的地质演化过程都经历过火山和构造运动。表面的地质构造演化过程除了陨星撞击外，主要受制于行星内部热演化的进程。

内部热能是驱动行星内部运动最积极、最活跃的因素。行星内部的热能，一部分来自原始热能，由机械能转化而来；一部分是放射性元素产热产生。尽管都是热能驱动运动，具体的运动形式却不一样。大的星球冷却比较慢，小的星球冷却比较快，这也影响了它们的岩浆活动和构造运动。直径比较小的水星、火星，岩浆活动和构造运动已经停止，直径较大的金星、地球，岩浆活动和构造运动一直持续。

水星具有一个被500～600千米厚硅酸盐层覆盖的巨大铁核，其表面有高达数千米、延伸数百千米里的断层崖，不但反映出水星核冷却与收缩时引起壳层的缩短与挤压，而且暗示出水星幔具有较高的黏滞系数和不同于地幔的流变性。水星上现今没有火山活动，估计在距今大约30亿年前停止对流。水星半径2439千米，平均密度是5420千克/立方米，几乎与地球密度相等，这可能是因为水星有一个巨大的核。较大的核及较高的黏滞系数是水星在热演化过程中的重要特征。火星上有巨大的火山，最大的火山直径600千米，高21千米。火星半径3398千米，其核半径约在1300～2000千米之间，火星的平均密度是3950千克/立方米。分析表明火星幔在距今大约15亿年前停止对流。火星上没有板块构造现象，且其内部已经充分冷却而具有比地球厚的岩石圈。金星半径6050千米，平均密度是5250千克/立方米，是在大小、密度及表面重力等方面与地球最为接近的类地行星。金星表面地形变化不大，与地球一样，仍有火山活动，表明其内部尚未冷却，金星幔对流活动仍然在进行。但金星表面温度高达750开，比地球高许多，同位素测定结果表明，金星水分子含量远低于地球，且受其表面高温蒸发，因此金星幔比地幔具有更高的黏滞系数，与地幔的流变性和热对流特点不同。

像地球一样，水星、火星和金星在约46亿年的漫长地质历史时期，其内部热演化控制着物质的分异并形成圈层结构。像地幔热对流机制在地球热演化史中发挥着重要作用一样，水星、火星和金星内部，行星幔热演化也影响着其漫长的地质演化史。

水星、火星的岩石圈比地球厚，不参与行星幔对流运动。水星、火星的半径比地球小，在热演化过程中岩石圈厚度的变化将明显影响行星幔热传输。水星、火星都早已无火山和构造活动，表明其内部已停止了热对流过程。因此，在水星、火星的热演化过程中，一定存在由行星幔对流到传导热传递方式的转换过程。在此转换发生之后，以热传导为主。而金星幔则不同，金星与地球一样仍有火山活动，表明金星幔的对流活动仍在进行，热演化过程中，金星幔存在类似于地幔的对流模式。

此外，由于火星的成分与地球较为类似，火星幔在过去的热对流过程中，会与地球的全地幔对流过程相似。而水星和金星由于生成条件的差别，水和挥放成分含量低于地球，水星幔和金星幔的黏滞系数比地幔黏滞系数大，特别是金星表面温度高达750开，比地球表面温度高许多，水星和金星的行星幔在热演化过程中，会与地幔对流模式有一定的差异。

利用地幔对流模型，参考类地行星的热演化参数、机制，可以计算类地行星的热演化过程。其主要特征如下。

水星形成之后的短时期内（46亿～40亿年），水星幔通过高效率的散热表面迅速冷却，温度快速下降，在距今大约40亿年之后，水星幔温度缓慢下降。这些特点反映出全行星幔对流热传递效率较高，在水星演化早期，由于瑞利数（Ra）高，对流迅速，同时表层岩石圈又较薄，行星幔散热冷却快，温度下降迅速，行星演化后期，Ra降低，对流减慢，岩石圈逐渐增厚，使热扩散减慢，因此水星幔温度缓慢下降。在距今大约30亿年前水星地幔温度发生显著改变，水星地幔对流停止，热传递方式转变为以传导为主的热演化模式。这与水星在距今31～38亿年有岩浆活动，其后逐渐平静的地质观测相符。水星热演化过程中，其岩石圈厚度始终大于地球岩石圈厚度。水星岩石圈厚度不但在水星成星之初急剧增厚，而且在水星幔对流停止前（距今30亿年）已接近500千米。此结果不但可以解释水星上为何缺乏板块构造，而且为水星表面高达数千米、延伸数百千米的断层崖和很早以前就形成的物质分异和硅酸盐圈层结构的形成机理提供了物理依据。水星幔黏滞系数比地幔黏滞系数大。在同样岩石圈底界温度条件下，水星幔温度要比地幔高约200开，且水星幔在总体形态上要比地幔降温幅度小。高黏滞系数导致岩石黏性降低，脆性增强，脆性岩石圈增厚，使热扩散减慢，令水星幔温度降低速率比地幔缓慢。此外，水星表面重力约是地球表面重力的7/18，在相同深度水星的压力比地球小，熔点温度也比地球低100～300开。

模型计算结果表明，火星地幔对流停止的时间在距今大约16～17亿年之间，这与火星上火山停止活动的地质时期相符。火星岩石圈的厚度远远大于地球岩石圈厚度。火星幔对流停止前（距今17亿～16亿年），其岩石圈的厚度即已远大于现今地球岩石圈的厚度（约2倍）。火星表面巨大的火山地形也反映出，支撑其不至于沉降的岩石圈厚度明显大于地球岩石圈厚度。

塔西斯高地（Tharsis Rise）是火星南半球高地靠近赤道的一个巨大火山省，在过去的40亿年里，它是火星乃至太阳系中最大的火山建造和火山活动中心。40亿年前，塔西斯高地火山活动起源于南部高地的陶玛西亚（Thaumasia）地区，大约39亿年前，火山中心向北迁移到火星赤道边界附近。塔西斯高地的热历史，是深入了解火星内热演化的重要基础和前提条件。与地球地幔柱假说一样，火星的地幔柱假说提供了塔西斯高地形成演化机制。由于火星是单一板块结构，与地球的地幔对流模型完全不同，火星地幔柱不能产生塔西斯高地所要求的、类似地球上夏威夷火山链这样的一阶地幔对流热柱，除非早期的火星地幔具有一定厚度的软弱软流层。有学者认为塔西斯高地与一个能量巨大的陨石撞击产生的巨型火山建造及相应的岩石圈变形伸展相关。这种规模的撞击，促使撞击点下形成一个长时间的地幔柱对流，并影响火星热流的长期变化。利用万豪全球资源（Marriott Global Source; MGS）和火星轨道器激光高度计（The Mars Orbiter Laser Altimeter; MOLA）数据，在计算弹性岩石圈厚度Te基础上，得到的火星岩石圈热流密度和地热梯度表明，早期火星幔冷却速率较大，热流密度迅速衰落，火星北极地区地表热流最多19毫瓦/平方米，其中，来自地幔深处的岩石圈热流不超过12毫瓦/平方米。火星的这些热演化特征与塔西斯高地密切相关，但有关塔西斯高地地壳结构组分、分异和熔融的热演化动力学机制都尚无定论。

利用火星全行星幔对流参量化模型，考虑火星没有板块构造、岩石圈逐渐增厚、火星幔热传递方式由对流转变为传导等条件，计算火星行星热历史特征表明，在不同的几何形状、边界条件和加热方式下，临界瑞利数（Ra）大致在660～3000之间。火星半径比地球小一半左右，升温和冷却比地球更迅速，热传递效率较高。火星在形成之后的短时期内，由于Ra高，对流迅速，火星幔通过表面冷却迅速，温度快速下降（距今46亿～40亿年）。此后由于对流减慢，岩石圈逐渐增厚，热扩散减慢，火星幔温度缓慢下降（距今40亿～20亿年）。热演化后期，由于火星幔逐渐变冷，幔与上边界层的温差减小，Ra变小，最终小于临界值（Ra_cr），导致火星幔对流停止，热传递方式转变为热传导，这一过程发生在距今大约17亿～16亿年之间。此阶段，由于传导热传递效率比对流热传递效率低，造成火星内部温度极缓慢地降低，同时岩石圈厚度几乎不再增厚或增厚幅度极为有限。虽然计算模型具有一定合理的物理基础，但有大量非确定性因素，尤其是受行星观测资料和观测手段的限制，一些不能测量的物理参数只能类推或借用，所以计算结果只能是一般意义上的结论和解释。

金星与地球在大小、密度及表面重力等方面最为接近。金星不但表面局部高程变化与地球大致相当，而且与地球一样，火山活动持续，表明金星内部与地球类似，依然存在热对流活动。因此，在金星的热演化过程中，可能存在类似地球的混合幔对流演化形式。

但是，金星表面温度高达750开，比地球表面温度高许多，同位素测定结果表明，金星水含量远低于地球，且受其表面高温蒸发，不断逃逸。岩石的干湿程度对流变性影响很大，因此金星幔会比地幔具有更高的黏滞系数。由于金星的流变性不同于地球，金星的混合行星幔对流特点会与地球的混合地幔对流特点不同。

对金星表面陨石坑的统计表明，金星表面岩石圈平均约5亿年更新一次，因此金星没有大陆型的岩石圈，可以假定金星表面温度就是上金星幔散热边界层表面温度。据此，在同模型参数条件下，可以得出两种不同的混合金星幔热演化模型：①A模型。金星与地球的幕式翻转频度大致稳定，并且随时间的演化，金星幔与地球幔在总体幕式演化的背景上，都演示出自形成以来在混合翻转过程中上、下幔温度逐渐分离，总体上越来越趋向分层的演化特征。②B模型。金星与地球的幕式翻转都表现出热演化的早期翻转频度比晚期快，早期它们都具有较高瑞利数，分层特征明显，晚期瑞利数降低，混合翻转过程中上、下幔温度逐渐靠拢，表现出总体越来越趋向全幔对流的特征。

无论是A模型还是B模型，金星幔都比地幔冷却慢，金星幔与表面温差小，黏滞系数大，所以瑞利数小，努赛特数也小。金星的热演化表现出一种接近等时间间隔的幕式翻转特征，不像地球那样在演化的早期和晚期都具有明显的快慢不同的翻转频度变化。热演化过程中，地球构造幕次表现出的是一种准周期性，而金星表现出的是一种等周期性。金星幔幕式翻转的等周期性，使其温度变化比地球更具时间上的对称性。金星幔等周期性的幕式翻转，可能是导致金星地表虽然没有板块构造却以大约5亿年的时间间隔更新的主要原因。