Flujo de Calor Terrestre y Geotermia

La Tierra pierde calor constantemente a través de su superficie, y la cartografía de este flujo de calor, junto con el gradiente de temperatura que implica, revela la estructura térmica del planeta y la energía que impulsa su motor interno.

Definition

El flujo de calor terrestre es la tasa a la que el calor se conduce fuera de la Tierra por unidad de área de superficie, determinado a partir del gradiente geotérmico y la conductividad térmica; la geotermia es el estudio más amplio del campo de temperatura y el transporte de calor de la Tierra.

Scope

Este tema abarca la medición e interpretación del flujo de calor superficial de la Tierra: cómo se determina el flujo de calor a partir de los gradientes de temperatura y la conductividad térmica en perforaciones y en el fondo marino, la distribución global del flujo de calor y su relación con la edad cortical y el entorno tectónico, y la geotermia que describe la temperatura con la profundidad. Trata el transporte de calor conductivo y convectivo, el enfriamiento de la litosfera oceánica registrado en el flujo de calor, y la contribución del calor radiogénico cortical. El énfasis se pone en el balance de calor observado en la superficie y el régimen térmico que este restringe.

Core questions

• ¿Cómo se mide el flujo de calor superficial a partir de los gradientes de temperatura y la conductividad?
• ¿Cómo varía el flujo de calor con la edad cortical y el entorno tectónico?
• ¿Qué revela la geotermia sobre la temperatura con la profundidad?
• ¿Cómo comparten la conducción y la convección el transporte del calor de la Tierra?

Key concepts

• Gradiente geotérmico y conductividad térmica
• Flujo de calor superficial y su distribución global
• Flujo de calor continental versus oceánico
• La geotermia y el perfil de temperatura-profundidad
• Producción de calor radiogénico cortical

Key theories

Flujo de calor conductivo y ley de Fourier

El flujo de calor a través de la corteza se rige por la ley de Fourier, el producto del gradiente geotérmico y la conductividad térmica, por lo que la medición de la temperatura con la profundidad y la conductividad de la roca produce el flujo de calor superficial local.

Flujo de calor y enfriamiento litosférico

El flujo de calor oceánico disminuye con la edad del fondo marino a medida que la litosfera se enfría por conducción lejos de las dorsales de expansión, de acuerdo con los modelos de placas de enfriamiento, mientras que el flujo de calor continental refleja el calor radiogénico cortical y las contribuciones del manto.

Mechanisms

El calor se conduce a lo largo del gradiente geotérmico hacia la superficie más fría a una tasa establecida por la ley de Fourier; en la corteza oceánica joven, la circulación hidrotermal también transporta calor por convección, mientras que en los continentes la corteza superior genera calor adicional a través de la desintegración radiactiva, por lo que el flujo de calor superficial medido combina el calor profundo del manto, el enfriamiento litosférico y la producción radiogénica superficial.

Clinical relevance

Las mediciones del flujo de calor restringen la estructura térmica y el balance energético de la Tierra, identifican regiones favorables para la energía geotérmica e informan los modelos de maduración de cuencas utilizados en la exploración petrolera y la evaluación de los regímenes térmicos corticales.

History

Bullard fue pionero en las mediciones del flujo de calor tanto continental como del fondo marino a mediados del siglo XX, la disminución sistemática del flujo de calor oceánico con la edad confirmó los modelos de enfriamiento litosférico, y las compilaciones globales han refinado la estimación de la pérdida total de calor de la Tierra a aproximadamente 47 teravatios.

Key figures

• Edward Bullard
• Claude Jaupart
• Jean-Claude Mareschal

Seminal works

• turcotte2014
• jaupart2011
• davies2010

Frequently asked questions

¿Cómo se mide el flujo de calor de la Tierra?

Los científicos miden cómo aumenta la temperatura con la profundidad en una perforación o sonda del fondo marino y multiplican este gradiente geotérmico por la conductividad térmica de la roca; el producto da el calor que fluye por unidad de área en esa ubicación.

¿Por qué el flujo de calor es mayor cerca de las dorsales oceánicas?

En las dorsales, el manto caliente asciende y se forma litosfera joven y fresca, por lo que la corteza es más caliente allí; a medida que la litosfera envejece y se aleja, se enfría, y el flujo de calor superficial disminuye correspondientemente con la edad del fondo marino.