Evolução Térmica da Terra

Desde a sua formação quente, a Terra tem arrefecido através da convecção do calor interno, uma longa história térmica que governa o abrandamento da tectónica de placas, o crescimento do núcleo interno e a longevidade do campo magnético.

Definition

A evolução térmica da Terra é a mudança secular na temperatura e no conteúdo de calor do seu interior ao longo do tempo geológico, determinada pela competição entre a geração de calor interno e a perda de calor por convecção, que controla a história da convecção do manto, do arrefecimento do núcleo e do campo magnético.

Scope

Este tópico abrange a história térmica de longo prazo da Terra: o equilíbrio entre o calor gerado pela radioatividade e fontes primordiais e o calor perdido na superfície, modelos parametrizados de como a temperatura do manto e o vigor convectivo evoluem, e o arrefecimento do núcleo que impulsiona o crescimento do núcleo interno e o geodínamo. Aborda a restrição de que a perda de calor por convecção depende da viscosidade do manto e, portanto, da temperatura, o acoplamento térmico do manto e do núcleo, e as implicações para a história tectónica e magnética do planeta. A ênfase está em como o calor interno da Terra mudou ao longo de bilhões de anos.

Core questions

• Como o equilíbrio entre a geração e a perda de calor mudou ao longo da história da Terra?
• Como a viscosidade dependente da temperatura regula o arrefecimento do manto?
• Como o arrefecimento do núcleo impulsiona o crescimento do núcleo interno e o geodínamo?
• O que a evolução térmica implica para a história da tectónica de placas?

Key concepts

• Arrefecimento secular e o balanço de calor da Terra
• Modelos de convecção parametrizada
• Viscosidade dependente da temperatura e autorregulação
• Arrefecimento do núcleo e crescimento do núcleo interno
• História térmica da tectónica de placas

Key theories

Arrefecimento convectivo parametrizado

Como a perda de calor por convecção aumenta com a temperatura do manto através da dependência da viscosidade em relação à temperatura, o manto autorregula-se: um manto inicial mais quente convectava e arrefecia mais rapidamente, então os modelos parametrizam o fluxo de calor em relação ao número de Rayleigh para rastrear a história de arrefecimento do planeta.

Arrefecimento do núcleo e o geodínamo

À medida que o manto extrai calor do núcleo, o núcleo arrefece e o núcleo interno cristaliza, libertando energia latente e gravitacional que ajuda a alimentar o geodínamo; o momento da nucleação do núcleo interno é uma restrição chave para a longa história do campo.

Mechanisms

A Terra começou quente a partir da acreção e formação do núcleo e, desde então, perdeu calor mais rapidamente do que a radioatividade o fornece, por isso está a arrefecer lentamente; como a viscosidade do manto diminui com o aumento da temperatura, um manto mais quente convecta mais vigorosamente e arrefece mais rapidamente, proporcionando um feedback negativo que suaviza o arrefecimento, enquanto o calor retirado do núcleo diminui a sua temperatura, congela o núcleo interno e sustenta a convecção que impulsiona o campo magnético.

Clinical relevance

A evolução térmica liga o balanço energético da Terra à história e futuro da tectónica de placas, vulcanismo e campo magnético, enquadra comparações com as histórias divergentes de Vénus e Marte, e influencia a habitabilidade planetária a longo prazo.

History

O cálculo de arrefecimento de Kelvin deu uma idade notoriamente baixa para a Terra antes de se saber que a radioatividade fornecia calor interno; modelos modernos de convecção parametrizada do final do século XX, juntamente com restrições sobre o crescimento do núcleo interno e a energética do núcleo, estabeleceram a imagem atual de um planeta autorregulador e em arrefecimento lento.

Debates

Idade do núcleo interno e balanço térmico do núcleo

Estimativas revistas da alta condutividade térmica do núcleo implicam uma rápida perda de calor e um núcleo interno geologicamente jovem, levantando a questão de como o geodínamo era alimentado antes da nucleação do núcleo interno e impulsionando propostas como um oceano de magma basal ou fontes alternativas de energia composicional.

Key figures

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

Seminal works

• schubert2001
• jaupart2011
• labrosse2007

Frequently asked questions

A Terra está a arrefecer?

Sim, ao longo de bilhões de anos, a Terra está lentamente a perder mais calor do que a sua radioatividade produz, então o seu interior está a arrefecer gradualmente; este arrefecimento impulsiona o congelamento do núcleo interno e, num futuro muito distante, enfraquecerá a convecção que alimenta a tectónica de placas e o campo magnético.

Como o arrefecimento da Terra se relaciona com o seu campo magnético?

O arrefecimento do núcleo permite que o núcleo interno cristalize, libertando calor e elementos leves que agitam o núcleo externo líquido; esta convecção é o que sustenta o geodínamo, então a evolução térmica do planeta está intimamente ligada à força e sobrevivência do campo magnético.