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¿Dónde se produce la gradiente geotérmica?

marzo 16, 2022
¿Dónde se produce la gradiente geotérmica?

Definición de gradiente geotérmico

El gradiente geotérmico es de unos 25 grados centígrados (77 grados Fahrenheit) por cada kilómetro de profundidad. Algunas zonas tienen flujos de calor mucho más altos debido a zonas de fallas profundas, rifting, intrusiones magmáticas o fuerzas tectónicas activas. El gradiente geotérmico puede hacer que las condiciones en las minas profundas sean bastante incómodas y lo suficientemente calientes como para hacer explotar las rocas o doblar el acero.

Se cree que el gradiente geotérmico de 25 grados centígrados/kilómetro se limita a la parte superior de la corteza. Si continuara a este ritmo de manera uniforme desde la superficie, la temperatura interna de la Tierra sería superior a los 2.000 grados centígrados dentro de la litosfera, una temperatura que supera con creces las temperaturas de fusión de todas las rocas a esa profundidad. Dado que la corteza y el manto superior son sólidos y frágiles, este gradiente no puede extenderse hasta esas profundidades, donde es más probable que sea de 1 grado centígrado/kilómetro. Estudios recientes de laboratorio han sugerido que la temperatura es de unos 4.800 grados centígrados en la base del manto inferior y de unos 7.000 grados centígrados en el núcleo interno.

Qué es el gradiente geotérmico

El gradiente geotérmico es la tasa de cambio de temperatura con respecto al aumento de la profundidad en el interior de la Tierra. Por regla general, la temperatura de la corteza aumenta con la profundidad debido al flujo de calor procedente del manto, mucho más caliente; lejos de los límites de las placas tectónicas, la temperatura aumenta en unos 25-30 °C/km de profundidad cerca de la superficie en la mayor parte del mundo[1]. Sin embargo, en algunos casos la temperatura puede descender con el aumento de la profundidad, especialmente cerca de la superficie, fenómeno conocido como gradiente geotérmico inverso o negativo. En sentido estricto, la geotermia se refiere necesariamente a la Tierra, pero el concepto puede aplicarse a otros planetas. Algunas de las unidades habituales del SI que se encuentran en la literatura son °C/km,[1] K/km[2] y mK/m,[3] todas ellas equivalentes.

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El calor interno de la Tierra procede de una combinación de calor residual de la acreción planetaria, calor producido por la desintegración radiactiva, calor latente de la cristalización del núcleo y, posiblemente, calor de otras fuentes. Los principales nucleidos productores de calor en la Tierra son el potasio-40, el uranio-238, el uranio-235 y el torio-232.[4] Se cree que el núcleo interno tiene temperaturas entre 4000 y 7000 K, y que la presión en el centro del planeta es de unos 360 GPa (3,6 millones de atm). (El valor exacto depende del perfil de densidad de la Tierra). Dado que gran parte del calor procede de la desintegración radiactiva, los científicos creen que en los primeros tiempos de la historia de la Tierra, antes de que se agotaran los nucleidos con vidas medias cortas, la producción de calor de la Tierra habría sido mucho mayor. La producción de calor era el doble de la actual hace aproximadamente 3.000 millones de años,[6] lo que dio lugar a mayores gradientes de temperatura dentro de la Tierra, mayores tasas de convección del manto y tectónica de placas, permitiendo la producción de rocas ígneas como las komatitas que ya no se forman[7].

Gradiente geotérmico y metamorfismo

Para comprender mejor los recursos geotérmicos y su distribución en el planeta, es necesario repasar la composición y la física de la Tierra. La Tierra tiene una composición poco homogénea, formada por un núcleo de hierro y níquel, un manto rocoso denso y una corteza rocosa delgada y de baja densidad. Esta diversificación composicional se desarrolló poco después de la formación de nuestro planeta, cuando el material más denso se hundió en el centro y el material de baja densidad se elevó hacia la superficie. Además, debido a esta diversidad composicional, existen diferencias en las propiedades físicas o mecánicas (líquido o fundido frente a sólido; deformación frágil frente a dúctil). El comportamiento frágil significa que se rompe o se fractura después de aplicar un nivel de esfuerzo mínimo, como lo que ocurre cuando se deja caer un jarrón de cristal sobre una superficie dura. La deformación dúctil, por el contrario, refleja la flexión sin rotura tras superar el límite elástico de un material, como cuando se dobla un alambre de metal o se moldea arcilla. La comprensión de las características físicas y de composición del interior de la Tierra sienta las bases para la discusión sobre la tectónica de placas en el capítulo 4; la tectónica de placas ejerce un control fundamental sobre la distribución de los recursos minerales, fósiles y geotérmicos de la Tierra.

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Fórmula del gradiente geotérmico

El gradiente geotérmico es la cantidad que aumenta la temperatura de la Tierra con la profundidad. Indica que el calor fluye desde el cálido interior de la Tierra hacia su superficie[2]. Por término medio, la temperatura aumenta unos 25 °C por cada kilómetro de profundidad[3]. Esta diferencia de temperaturas impulsa el flujo de energía geotérmica y permite al ser humano utilizar esta energía para la calefacción y la generación de electricidad. Sin embargo, hay una serie de lugares en el planeta donde la temperatura cambia bastante más rápido, y esos lugares son casi siempre donde la energía geotérmica es más viable.

El interior de la Tierra es extremadamente caliente y alcanza temperaturas superiores a los 5.000 °C cerca del núcleo, lo que no es mucho más frío que la superficie del Sol (el interior del Sol, sin embargo, es mucho más caliente)[4].

A principios del siglo XX se descubrió que el calor subterráneo de la Tierra procede de elementos radiactivos. En concreto, el calentamiento geotérmico se debe a la desintegración de elementos como el potasio, el uranio y el torio. Sin embargo, estos elementos no se encuentran en el núcleo, y el modelo más popular sugiere que se encuentran en la litosfera y el manto. Se dice que esta forma de calentamiento representa el 50% del calor de la Tierra, mientras que el resto procede del calor primordial de la Tierra (calor de la formación de la Tierra que ha quedado atrapado en el planeta)[5].

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