CALOR TERRESTRE

LA TIERRA COMO FUENTE DE CALOR

La existencia de temperaturas altas en el interior de la Tierra ha sido supuesta desde tiempos antiguos.

Los volcanes, manantiales termales y otras manifestaciones superficiales del calor encerrado dentro de la Tierra han sido las evidenciase de que la temperatura en su interior debe ser mucho más alta que la que se tiene en la superficie.

Se dice que la temperatura en la corteza de la Tierra aumenta a una razón de 30°C /Kilómetro. Esto nos indica que en alguna parte en el interior de la Tierra existe una fuente de calor que lo irradia hacia la superficie.

Los principales elementos productores de energía por decaimiento radioactivo son el uranio, el torio y el potasio. A estos elementos se les encuentra en concentraciones significativas en rocas graníticas en la corteza terrestre.

MECANISMOS DE TRANSPORTE DE CALOR

EL transporte de calor en el interior de la Tierra se lleva a cabo por medio de tres mecanismos:

POR CONDUCCION Es la forma como se transporta el calor de un cuerpo más caliente a uno más fríocon el cual se encuentra en contacto. La eficiencia de ésta depende de unapropiedad de los materiales que se llama conductividad térmica y que nos dice cuálserá la diferencia de temperatura provocada por un flujo de calor: a mayorconductividad menor será la diferencia de temperatura a través del material.

o Un ejemplo de buen conductor es una barra de metal, la cual al ser calentada en uno de sus extremos inmediatamente conducirá el calor hasta el otro extremo.

o Un ejemplo de mal conductor lo sería la madera, la cerámica y el aire.

POR CONVECCION Es un proceso un poco más complejo que se da solamente en fluidos (líquidos y gases). Al ser calentada la parte inferior de un fluido, ésta se expanderá y se volverá menos densa que la parte superior más fría, por lo cual tenderá a subir, con lo que la parte fría quedará ahora en contacto con la fuente de calor repitiéndose de esta forma el proceso y dando origen a lo que se llama celdas de convección, en las cuales existen corrientes ascendentes y descendentes. Este mecanismo se va a generar a partir de un cierto valor de la diferencia de temperatura y depende de la viscosidad y densidad del fluido.

POR RADIACION Es una forma de transporte de calor que importante a temperaturas altas; en realidad todos los cuerpos que tienen temperatura por arriba del cero absoluto (cero grados Kelvin o -273.15°C) emiten radiación, pero la frecuencia de la radiación emitida es proporcional a la temperatura del material: los humanos emitimos radiación, el infrarrojo y un trozo de hierro calentado a temperaturas muy altas empezará a emitir en el espectro visible.

- De esta forma observamos que el transporte de calor en el interior de la Tierra va a depender de la temperatura y de las características del material.

- La corteza se comporta como un sólido y tiene temperaturas relativamente bajas.

-El manto se comporta como un fluido y como la convección es mucho más eficiente en este caso, ése es el principal medio de transporte, aun cuando las temperaturas relativamente altas hacen posible que la energía también se transporte por medio de la radiación.

Sin embargo, el transporte de calor desde el interior hacia la superficie no es el único mecanismo de disipación de energía.

La continua creación y destrucción de montañas consume 2.4 x 1016 cal/año, los sismos liberan 2.4 x 1018 cal/año (26 x 1010 kilowatts-hora/año), los 800kilowatts- volcanes activos que existen en la Tierra producen cerca de 1 km3 de lava por año, o sea 1.2 x 1016p, cal/año y para efectos de comparación con los mecanismos de disipación de calor, diremos que cada año la Tierra pierde 2 x 1020 cal por conducción a través de su superficie.

GRADIENTE GEOTERMICO

Al penetrar en el interior de la corteza de la Tierra se observa un cambio en la temperatura, en general ésta debe aumentar.A esa variación de la temperatura con l profundidad se le llama Gradiente Geotérmico.

El valor del Gradiente Geotérmico en la corteza terrestre varía mucho de un lugar a otro: se han llegado a medir Gradientes de sólo 10°C/kilómetro,10° mientras que en algunas zonas se han observado variaciones de la temperatura de 200 y hasta 800°C/Km.800°

Sin embargo, la mayoría de las zonas del planeta en las que no se tienen anomalías térmicas se agrupan alrededor de los 25 a 35°C/Km. Los 30ºC/Km. se le35° considera el gradiente geotérmico promedio.

LA TEMEPERATURA EN EL INTERIOR DE LA TIERRA

Los Primeros Km. de la superficie de la corteza, el corteza Gradiente Geotérmico varía como promedio entre 30ºC/Km.

Hasta una profundidad de 100 Km. El comportamiento del material se asemeja al de un sólido.

Esta capa es denominada litosfera y comprende la corteza y parte del manto superior.

A partir de 100 Km. Y hasta aproximadamente 300 Km., un decremento en las velocidades sísmicas indica la presencia de zonas de fusión parcial, lo cual requiere que las te pe atu as seantemperaturas sea de 1000 a 1 200°C.200°

A los 400 y 700 Km. de profundidad se observan dos incrementos en las velocidades sísmicas, que de acuerdo con experimentos de laboratorio, corresponden a cambios de fase que tienen lugar a 1 500 y 1 900°C respectivamente.

A los 2 900 Km. se ha observado que no se propagan las ondas sísmicas transversales, mismas que no se transmiten en líquidos, de donde se infiere la fusión de lo que se denomina núcleo exterior y la existencia a esta profundidad de temperaturas del orden de 3 700°C.

La reaparición de este tipo de ondas a los 5 100 Km. indican a esa profundidad temperaturas por debajo del punto de fusión (4 300°C) del material que forma el núcleo interior y del cual se supone que está constituido principalmente por hierro.

Aun cuando todavía faltan por esclarecer muchos detalles, con base en esos datos y suponiendo que hay una variación continua de la temperatura con la profundidad, es posible establecer una curva hipotética de la temperatura en el interior de la Tierra, la cual tendría aproximadamente las características de la que se muestra en la figura , de donde la temperatura en el núcleo interior de la Tierra sería de alrededor de 4 000°C.

FACTORES QUE AFECTAN LA GRADIENTE GEOTERMICA

1. VARIACION DEBUIDO A SU CONDUCTIVIDAD TERMICA No todos los materiales tienen la misma conductividad térmica, si nuestro planeta tuviera un solo material su Conductividad Geotérmica sería definida, pero al tener una composición heterogénea se debe esperar que su conductividad también sea heterogénea. Como ejemplo en los lugares en donde hay presencia de yacimientos de sulfuros y óxidos siempre presenta una conductividad elevada con respecto al medio que la rodea.

2. LA VARIACION DE LA Tº DEBIDO A LA PROXIMIDAD DE LOS MAGMAS FUNDIDOSEl Gradiente Geotérmico suele elevarse en las proximidades de magmas fundidos o la presencia de focos magmáticos en zonas volcánicas. Los cuales elevan la Tº, el calor producido se manifiesta en el exterior en forma de actividad volcánica. Ejemplo el Sur del Perú. Hawai, etc. En algunos lugares se manifiesta con la presencia de aguas termales. Ejemplo La Calera (Chivay), Yura y Jesús en Arequipa. Chuschuco y Calientes en Tacna. Calacoa en Moquegua.

3. LA CIRCULACION DE AGUAS SUBTERRANEAS La circulación de aguas subterráneas hacen variar el Gradiente Geotérmico, de acuerdo a la T en que se encuentra dichas aguas subterráneas.

4. HUMEDAD PRESENTE EN LAS ROCAS El contenido de humedad en las rocas también es un factor en la variación de Gradiente Geotérmico y estará en función de su T.

5. INFLUENCIA DE LA PRESION Y TEMPERATURAEN LA CONDUCCION TERMICA Los efectos de la P y la T en la conductividad térmica está influenciada a medida que se pprofundiza en el interior de la Tierra, si la P y la T aumentan también aumenta el Gradiente geotérmico. De acuerdo a investigaciones llevadas a cabo sobre las fluctuaciones del campo magnético terrestre se sabe que a los 200 o 300 Kms de profundidad la Conductividad Eléctrica experimenta un aumento, si el razonamiento es correcto la Conductividad Geotérmica también debe aumentar, por tener una relación directa (Wiedemann-(Wiedemann-Franz).

6. PRODUCCION Y CONSUMO DE CALOR POR REACCIONES QUIMICAS En determinados lugares las rocas y el suelo pueden elevar su T cerca de la superficie por reacciones químicas, donde las zonas de sulfuros en contacto con el agua y el Oxígeno reaccionan constituyéndose lo que en geología se conoce como Enriquecimiento Supergénico con producción de calor y corrientes eléctricas.

7. RADIACTIVIDAD Corresponde a la energía producida por la desintegración de los elementos radiactivos presentes en las rocas ígneas de al superficie terrestre.

FUENTES DE CALOR TERRESTRE

CALOR PRODUCTO DE LA DESINTEGRACIÒN RADIOACTICA Es la principal fuente que proporciona calordel interior a la superficie terrestre.Sabemos que los elementos radiactivos como resultado de la emisión espontánea departículas, los núcleos radiactivos se transforman o desintegran en núcleos de elementos más estables y con un menor número atómico que su predecesora.

CALOR DE FORMACIÓN DE LA TIERRA La Tierra tuvo un calor inicial de formación, que lo ha ido perdiendo a través del tiempo geológico, en parte ha sido mantenida por la desintegración Radiactiva.

CALOR DE AGRADACIÓN La que se obtiene por medio de un impacto. Como la caída de objetos. La caída de un meteorito por ejemplo.

UTILIZACION DEL CALOR TERRESTRE

Las manifestaciones del calor terrestre han sido utilizadas desde hace siglos tanto con fines recreacionales y medicinales, como para la extracción de los minerales que fluidos termales arrastran y acumulan en la superficie o bien a profundidades someras.

Sin embargo ha sido sólo a principios de este siglo que la explotación de los recursos geotérmicos se ha extendido y desarrollado en forma impresionante especialmente en regiones impresionante, de actividad tectónica, donde la alta temperatura de los fluidos descargados permite su utilización sobre todo en la producción de energía eléctrica, pero también para calefacción y algunos otros usos industriales.

La principal restricción al uso de la energía geotérmica es la dificultad para su transporte, por lo que preferentemente se trata de transformarla a energía eléctrica.

Para su explotación es necesario contar con los siguientes factores:

a.- La disponibilidad de suficiente fluido (agua y/o vapor) para que transporte el calor de las profundidades a la superficie, de zonas permeables que permitan este transporte y a la vez de una recarga que reemplace al fluido que es extraído.

b.- Los fluidos geotérmicos deben estar libres de productos químicos que puedan corroer o dañar las instalaciones para su extracción y aplicación.