Evolución térmica de la Tierra

Desde su formación en caliente, la Tierra se ha enfriado por convección disipando el calor interno, una larga historia térmica que rige la ralentización de la tectónica de placas, el crecimiento del núcleo interno y la longevidad del campo magnético.

Definition

La evolución térmica de la Tierra es el cambio secular en la temperatura y el contenido de calor de su interior a lo largo del tiempo geológico, determinado por la competencia entre la generación de calor interno y la pérdida de calor por convección, lo que controla la historia de la convección del manto, el enfriamiento del núcleo y el campo magnético.

Scope

Este tema abarca la historia térmica a largo plazo de la Tierra: el equilibrio entre el calor generado por la radiactividad y las fuentes primordiales y el calor perdido en la superficie, los modelos parametrizados de cómo evolucionan la temperatura del manto y el vigor convectivo, y el enfriamiento del núcleo que impulsa el crecimiento del núcleo interno y el geodinamo. Trata la restricción de que la pérdida de calor por convección depende de la viscosidad del manto y, por lo tanto, de la temperatura, el acoplamiento térmico del manto y el núcleo, y las implicaciones para la historia tectónica y magnética del planeta. El énfasis está en cómo el calor interno de la Tierra ha cambiado a lo largo de miles de millones de años.

Core questions

• ¿Cómo ha cambiado el equilibrio entre la generación y la pérdida de calor a lo largo de la historia de la Tierra?
• ¿Cómo regula la viscosidad dependiente de la temperatura el enfriamiento del manto?
• ¿Cómo impulsa el enfriamiento del núcleo el crecimiento del núcleo interno y el geodinamo?
• ¿Qué implica la evolución térmica para la historia de la tectónica de placas?

Key concepts

• Enfriamiento secular y el balance de calor de la Tierra
• Modelos de convección parametrizada
• Viscosidad dependiente de la temperatura y autorregulación
• Enfriamiento del núcleo y crecimiento del núcleo interno
• Historia térmica de la tectónica de placas

Key theories

Enfriamiento convectivo parametrizado

Debido a que la pérdida de calor por convección aumenta con la temperatura del manto a través de la dependencia de la viscosidad con la temperatura, el manto se autorregula: un manto temprano más caliente conveccionaba y se enfriaba más rápido, por lo que los modelos parametrizan el flujo de calor en función del número de Rayleigh para rastrear la historia de enfriamiento del planeta.

Enfriamiento del núcleo y el geodinamo

A medida que el manto extrae calor del núcleo, el núcleo se enfría y el núcleo interno cristaliza, liberando energía latente y gravitacional que ayuda a impulsar el geodinamo; el momento de la nucleación del núcleo interno es una restricción clave para la larga historia del campo.

Mechanisms

La Tierra comenzó caliente a partir de la acreción y la formación del núcleo y desde entonces ha perdido calor más rápido de lo que la radiactividad lo suministra, por lo que se está enfriando lentamente; debido a que la viscosidad del manto disminuye con el aumento de la temperatura, un manto más caliente convecciona más vigorosamente y se enfría más rápidamente, proporcionando una retroalimentación negativa que suaviza el enfriamiento, mientras que el calor extraído del núcleo disminuye su temperatura, congela el núcleo interno y sostiene la convección que impulsa el campo magnético.

Clinical relevance

La evolución térmica vincula el balance energético de la Tierra con la historia y el futuro de la tectónica de placas, el vulcanismo y el campo magnético, enmarca las comparaciones con las historias divergentes de Venus y Marte, y se relaciona con la habitabilidad planetaria a largo plazo.

History

El cálculo de enfriamiento de Kelvin arrojó una edad notoriamente baja para la Tierra antes de que se supiera que la radiactividad suministraba calor interno; los modelos modernos de convección parametrizada de finales del siglo XX, junto con las restricciones sobre el crecimiento del núcleo interno y la energética del núcleo, establecieron la imagen actual de un planeta autorregulado y de enfriamiento lento.

Debates

Edad del núcleo interno y balance térmico del núcleo

Las estimaciones revisadas de la alta conductividad térmica del núcleo implican una rápida pérdida de calor y un núcleo interno geológicamente joven, lo que plantea la cuestión de cómo se impulsó el geodinamo antes de la nucleación del núcleo interno y provoca propuestas como un océano de magma basal o fuentes de energía composicional alternativas.

Key figures

• William Thomson (Lord Kelvin)
• Geoffrey Davies
• Stéphane Labrosse

Seminal works

• schubert2001
• jaupart2011
• labrosse2007

Frequently asked questions

¿Se está enfriando la Tierra?

Sí, a lo largo de miles de millones de años, la Tierra está perdiendo lentamente más calor del que produce su radiactividad, por lo que su interior se está enfriando gradualmente; este enfriamiento impulsa la congelación del núcleo interno y, en un futuro muy lejano, debilitará la convección que impulsa la tectónica de placas y el campo magnético.

¿Cómo se relaciona el enfriamiento de la Tierra con su campo magnético?

El enfriamiento del núcleo permite que el núcleo interno cristalice, liberando calor y elementos ligeros que agitan el núcleo externo líquido; esta convección es lo que sostiene el geodinamo, por lo que la evolución térmica del planeta está estrechamente ligada a la fuerza y la supervivencia del campo magnético.