Gradiente geotérmico
Se denomina gradiente geotérmico o geoterma a la variación de temperatura, que aumenta con la profundidad, en la corteza terrestre. El valor promedio de este gradiente es de 25 a 30 °C por cada kilómetro de profundidad, considerando que se avanza desde la superficie hacia el centro de la esfera terrestre.[1] Los valores usuales se encuentran entre 10 y 66 °C/km; sin embargo, se han medido gradientes de hasta 200 °C/km. La razón por la que la temperatura aumenta a medida que se profundiza radica en las muy altas temperaturas que existen en el núcleo del planeta. Físicamente se expresa en unidades de temperatura y unidades de longitud, como la razón entre la temperatura (T1) en un punto dado (P1) y otro punto situado a mayor profundidad (P2) con temperatura (T2). Consecuentemente el gradiente geotérmico queda dado por la expresión:
El gradiente geotérmico no es un valor constante; el estudio de las ondas sísmicas ha demostrado la existencia de un núcleo interno sólido, y esto no sería posible si el incremento de la temperatura fuera constante, ya que, en ese caso el centro del planeta soportaría alrededor de 200.000 °C, y se piensa que es de solo 5000 o 6000 °C.
El gradiente geotérmico depende de las características físicas del material propio de cada zona del interior del planeta, o dicho de otro modo, de las condiciones geológicas locales, por ejemplo relación presión-temperatura, composición química y reacciones que producen, existencia de material radiactivo, presencia de movimientos convectivos y rozamientos, etcétera.
La utilización del gradiente geotérmico como fuente de energía geotérmica, que ya se está aplicando en algunos países, es una de las posibles soluciones a los problemas energéticos.
Estudio de la estructura interna de la Tierra
Una forma de describir el interior de un planeta es examinar cómo cambia la temperatura con la profundidad. Descifrar la estructura de temperatura de la Tierra es importante para determinar los movimientos de las rocas dentro de nuestro planeta.
La energía térmica fluye desde el interior terrestre hacia fuera, es decir, desde las zonas más calientes hacia las zonas más frías.
El flujo de calor no es constante en toda la superficie terrestre, este es mayor cerca de las dorsales centro-oceánicas, donde el magma caliente está ascendiendo constantemente hacia la superficie. En regiones continentales donde hay rocas enriquecidas con isótopos radiactivos, también son focos de calor donde fluye de forma elevada. Sin embargo, es menor en las llanuras abisales profundas, o zonas continentales muy antiguas, como cratones, donde la temperatura es mucho más baja.
La Tierra, como todos los planetas de nuestro Sistema Solar, ha experimentado dos etapas térmicas. La primera se produjo durante su formación que implicó un rápido incremento de la temperatura interna debido a las innumerables colisiones entre planetesimales. Con cada colisión, la energía cinética se convirtió en energía térmica. A medida que nuestro protoplaneta crecía en tamaño, su temperatura aumentaba rápidamente. Además, la Tierra al principio contenía muchos isótopos radiactivos con periodos de semidesintegración muy cortos. A medida que se descomponían estos elementos, fueron liberando energía, denominada calor radiogénico.
Otro acontecimiento significativo fue la colisión de un objeto del tamaño de Marte que llevó a la formación de la Luna. A partir de este punto, hace alrededor de 4500 millones de años, hasta el presente, la Tierra se ha ido enfriando gradualmente.
Pero si la única fuente de calor procediera de su formación inicial y la desintegración radiactiva, ya se hubiera enfriado completamente hace tiempo. Sin embargo, el manto y la corteza contienen isótopos radiactivos con periodos de semidesintegración largos (de miles de millones de años), principalmente, uranio, torio y potasio.
Al perfil de temperatura promedio de la Tierra a cada profundidad se denomina gradiente geotérmico o geoterma.
Perforaciones de la corteza nos muestra que a mayor profundidad, mayor temperatura, donde el gradiente geotérmico muestra un valor medio de 30ºC por kilómetro. Pero esto parece restringido a los primeros kilómetros de la corteza.
Para el manto se estima que el gradiente geotérmico tiene un valor medio de 0,6ºC por kilómetro, llegando a una temperatura media de 2700ºC.
Para el núcleo se estima en una temperatura aproximada de 5500ºC.
Una forma de estudiar el estado de agregación de la materia, es comparar la geoterma con la curva de fusión para las rocas en cada profundidad. De esta manera, si el gradiente geotérmico no supera a la temperatura de fusión a la misma profundidad, el material no estará fundido, pero si es superado, el material estará fundido, y esto precisamente ocurre en el núcleo externo. También, esta relación determina la rigidez o viscosidad del material en ese punto. Cuanto más rígido, mayor viscosidad y cuanto más débil, menor viscosidad.
El núcleo externo, a pesar de estar a menor temperatura que el núcleo interno, se encuentra en estado líquido. Esto es debido a que la temperatura en el núcleo no aumenta mucho con la profundidad respecto de la presión, es decir, la presión se triplica, por eso, el hierro líquido del núcleo externo es más frío que el hierro sólido del núcleo interno, la presión al que está sometido el núcleo interno no permite que se funda a la temperatura que experimenta. [2]
Referencias
- Fridleifsson, Ingvar B.; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst; Lund, John W.; Ragnarsson, Arni; Rybach, Ladislaus (11 de febrero de 2008). O. Hohmeyer and T. Trittin, ed. (pdf) (en inglés). Lübeck, Alemania. pp. 59-80. Archivado desde el original el 12 de marzo de 2013. Consultado el 3 de noviembre de 2013.
- Tarbuck, Edward J.; Tasa, Dennis,; García del Amo, Dolores, (2013). Ciencias de la tierra : una introducción a la geología física (10ª ed edición). Pearson Educación. ISBN 978-84-9035-309-7. OCLC 853507534. Consultado el 20 de enero de 2020.