EL CALOR INTERNO DE LA TIERRA
Indicios desde la antiguedad: volcanes, géiseres, fumarolas...
Lord Kelvin: calcula la edad de la Tierra. Aproximadamente unos 90 millones de años
Cáculos actuales: 4.500 m.a.
Aportes de calor
Los cálculos de Kelvin no eran correctos porque no tuvo en cuenta otros procesos de aporte de calor que han ralentizado el proceso de enfriamiento de la Tierra y que todavía hoy siguen aportando calor al sistema.
Hace 4.500 m.a. la Tierra pasó por una fase fundida casi en su totalidad.
La energía térmica que posee la Tierra en su interior es casi en su totalidad, calor residual producido durante su formación, hace unos 4.500 m.a.
Varios procesos han contribuido (y siguen contribuyendo) al calor interno de la Tierra:
• El calor liberado por la colisión de partículas durante la formación de nuestro planeta. El intenso bombardeo de meteoritos que sufrió la Tierra en sus inicios (Fase de acreción) transformó esa energía cinética en calorífica.
• La diferenciación gravitatoria por densidades, con la consiguiente formación del núcleo. La caída de los materiales más densos al interior y el ascenso de materiales rocososo formando el manto y la corteza, generó calor por rozamiento. Este proceso transformó la energía potencial gravitatoria en energía térmica
• La desintegración de elementos radiactivos, uranio, plutonio, radio, en el pasado mucho más abundantes que en la actualidad. Estas desintegraciones producen el calentamiento de los materiales bombardeados por las partículas subatómicas generadas. Se transforma así energía nuclear en energía térmica, de una forma similar a lo que ocurre en los reactores nucleares de las centrales nucleares.
Fisión nuclear
• El calor de fusión liberado al cristalizar el núcleo metálico. A medida que el núcleo externo va solidificándose y el hierro se decanta, va engrosando el núcleo interno. En el proceso de solidificación se desprende calor (calor latente de fusión) que sigue aportando calor al sistema y que retarda mucho el proceso de enfriamiento del núcleo y de la Tierra en su conjunto.
Aclaración
Cuando una sustancia cristaliza libera el calor latente de fusión que la mantenía en estado líquido. Un ejemplo. Un gramo de ielo a cero grados necesita absorber 80 calorías para convertirse en agua a cero grados. Si se congela de nuevo, liberaría ese mismo calor.
Esto es lo que ocurre en el núcleo. Cuando se solidifica el hierro, se libera calor.
Gradiente geotérmico
En sólo 200 m.a., se formó una corteza sólida sobre la que había oceános. Así aunque la superficie estaba fría, el interior estaba muy caliente. Debido a que las rocas son malas conductoras del calor, la corteza actuó y sigue actuando como una manta, retardando el proceso de enfriamiento del manto.
La temperatura aumenta gradualmente con la profundidad a un ritmo conocido como gradiente geotérmico. En la corteza las temperaturas aumentan deprisa de 20 a 30º C/ Km. Este gradiente varía de un sitio a otro. Pero la velocidad de aumento es menor en el manto y en el núcleo. A través del manto no hay un aumento de temperatura tan acusado como a través de la corteza, más bien no sigue la tónica de la capa anterior.
La existencia en la Tierra de una superficie fría y un interior caliente genera un gradiente geotérmico. Este gradiente origina las corrientes de convección en el manto que hace que rocas procedentes de la capa D" asciendan hasta la superficie a través de los volcanes.
Gradiente geotérmico
El principal mecanismo de evacuación del calor fue y sigue siendo el vulcanismo, que expulsa materiales fundidos al exterior que al enfriarse liberan parte del calor interno.
La expulsión de materiales fundidos es la forma en la que la Tierra libera el calor de su interior
El calor del núcleo es el responsable de la convección en el manto, lo que está relacionado con otros procesos:
- El reciclado de la corteza oceánica que forma los fondos oceánicos y la acumulación de material en la superficie de la corteza continenteal, cuya densidad es demasiado baja para ser arrastrada al interior de la Tierra.
- El vulcanismo, que evacua gran cantidad de calor al exterior y aporta gases a la atmósfera.
- Los movimientos de los continentes, que cambian sus posiciones relativas con el tiempo, reuniéndose y volviéndose a fragmentar periódicamente.
Las corrientes de convección del manto
Es el proceso más importante que tiene lugar en el interior de la Tierra.
Como las rocas son conductoras relativamente malas, los investigadores creen que debe existir alguna forma de transporte de masa en el manto.
La convección es la transferencia de calor mediante el movimiento o el flujo de una sustancia.
Animación de un proceso de convección.
La convección es la transferencia de calor con transporte de masa.
Parece ser que las rocas del manto son capaces de fluir: corrientes de convección del manto.
Este proceso es la fuerza que propulsa las placas litosféricas rígidas a través del planeta, y genera en última instancia las cordilleras montañosas de la Tierra y la actividad volcánica y sísmica de todo el mundo.
Recordemos que las plumas de rocas supercalientes se producen en el límite núcleo manto, desde donde ascienden lentamente a la superficie. Estas plumas serian la rama más caliente del flujo convectivo del manto. En los bordes de placa convergentes, donde están siendo subducidas laminas densas y frías de litosfera, se esta produciendo flujo descendente. Este material acabará descendiendo todo el trayecto hasta el límite núcleo-manto (capa D")
Corrientes de convección del manto
Los geólogos describen el material del manto, como un material de comportamiento plástico. Cuando se somete a esfuerzos débiles se comporta como un sólido elástico, pero si los esfuerzos son prolongados, el material fluye.
Los conocimientos sobre el manto terrestre pueden resumirse en:
Las corrientes de convección tienen lugar en todo el manto- Bajo las zonas de subducción existen corrientes frías que muestran fragmentos de placa deslizándose hasta el límite manto-núcleo
- Desde este límite y desde zonas menos profundas ascienden corrientes calientes que, a menudo, no surgen por las dorsales sino por los puntos calientes.
La litosfera parece tener un papel bastante activo en su propio desplazamiento a través de dos fuerzas:- Al ser la dorsal una zona elevada, la litosfera generada tendería a deslizarse a ambos lados por efecto de la gravedad.
- Una vez iniciada la subducción, el peso de la placa que se stá hundiendo arrastraría tras de si al resto de la misma. Por este motivo, aquellas placas con zonas de subducción se desplazan más rápidamente que las que carecen de este tipo de bordes.
El manto y el núcleo no se mezclan ya que sus densidades y composición química son muy diferentes. Pero entre ellos sí hay un intenso flujo de calor (no convectivo). Es el manto demiante sus corrientes de convección el que evacua ese calor al exterior.
ver animación convección del manto
El calor interno de la Tierra es el motor de la tectónica
de placas.El calor es el responsable de que el manto aunque es sólido, se comporte como un material dúctil o plástico que puede fluir al cabo de millones de años. De este modo, el manto es capaz de generar corrientes de convección en su interior que, en colaboración con las propias placas, provocan el desplazamiento de las mismas.
Animación resumen de toda la Tectónica de Placas
