Fluxo de Calor Terrestre e Geotermia

A Terra perde calor constantemente através de sua superfície, e o mapeamento desse fluxo de calor, juntamente com o gradiente de temperatura que ele implica, revela a estrutura térmica do planeta e a energia que impulsiona seu motor interno.

Definition

O fluxo de calor terrestre é a taxa na qual o calor é conduzido para fora da Terra por unidade de área da superfície, determinado a partir do gradiente geotérmico e da condutividade térmica; a geotermia é o estudo mais amplo do campo de temperatura da Terra e do transporte de calor.

Scope

Este tópico abrange a medição e interpretação do fluxo de calor superficial da Terra: como o fluxo de calor é determinado a partir de gradientes de temperatura e condutividade térmica em poços de sondagem e no fundo do mar, a distribuição global do fluxo de calor e sua relação com a idade crustal e o ambiente tectônico, e a geotermia que descreve a temperatura com a profundidade. Ele trata do transporte de calor condutivo e convectivo, do resfriamento da litosfera oceânica registrado no fluxo de calor, e da contribuição do calor radiogênico crustal. A ênfase é no balanço de calor observado na superfície e no regime térmico que ele restringe.

Core questions

• Como o fluxo de calor superficial é medido a partir de gradientes de temperatura e condutividade?
• Como o fluxo de calor varia com a idade crustal e o ambiente tectônico?
• O que a geotermia revela sobre a temperatura com a profundidade?
• Como a condução e a convecção compartilham o transporte do calor da Terra?

Key concepts

• Gradiente geotérmico e condutividade térmica
• Fluxo de calor superficial e sua distribuição global
• Fluxo de calor continental versus oceânico
• A geotermia e o perfil de temperatura em profundidade
• Produção de calor radiogênico crustal

Key theories

Fluxo de calor condutivo e a lei de Fourier

O fluxo de calor através da crosta é governado pela lei de Fourier, o produto do gradiente geotérmico e da condutividade térmica, de modo que a medição da temperatura com a profundidade e da condutividade da rocha fornece o fluxo de calor superficial local.

Fluxo de calor e resfriamento litosférico

O fluxo de calor oceânico diminui com a idade do fundo do mar à medida que a litosfera se resfria por condução, afastando-se das dorsais oceânicas, em concordância com os modelos de placas em resfriamento, enquanto o fluxo de calor continental reflete o calor radiogênico crustal e as contribuições do manto.

Mechanisms

O calor é conduzido pelo gradiente geotérmico em direção à superfície mais fria a uma taxa definida pela lei de Fourier; na crosta oceânica jovem, a circulação hidrotérmica também transporta calor por convecção, enquanto nos continentes a crosta superior gera calor adicional através do decaimento radioativo, de modo que o fluxo de calor superficial medido combina o calor profundo do manto, o resfriamento litosférico e a produção radiogênica rasa.

Clinical relevance

As medições do fluxo de calor restringem a estrutura térmica e o balanço energético da Terra, identificam regiões favoráveis para energia geotérmica e fornecem informações para modelos de maturação de bacias usados na exploração de petróleo e na avaliação de regimes térmicos crustais.

History

Bullard foi pioneiro nas medições de fluxo de calor continental e do fundo do mar em meados do século XX, a diminuição sistemática do fluxo de calor oceânico com a idade confirmou os modelos de resfriamento litosférico, e compilações globais refinaram a estimativa da perda total de calor da Terra para cerca de 47 terawatts.

Key figures

• Edward Bullard
• Claude Jaupart
• Jean-Claude Mareschal

Seminal works

• turcotte2014
• jaupart2011
• davies2010

Frequently asked questions

Como é medido o fluxo de calor da Terra?

Os cientistas medem como a temperatura aumenta com a profundidade em um poço de sondagem ou sonda de fundo do mar e multiplicam esse gradiente geotérmico pela condutividade térmica da rocha; o produto fornece o calor que flui por unidade de área naquele local.

Por que o fluxo de calor é maior perto das dorsais meso-oceânicas?

Nas dorsais, o manto quente ascende e forma-se litosfera nova e jovem, de modo que a crosta é mais quente ali; à medida que a litosfera envelhece e se afasta, ela se resfria, e o fluxo de calor superficial diminui correspondentemente com a idade do fundo do mar.