GEOTERMIA . PRODUCCIÓN DE CALOR DE LA TIERRA.

6 GEOTERMIA

6.1 PRODUCCIÓN DE CALOR DE LA TIERRA.

La Tierra produce permanente calor por el decaimiento radioactivo principalmente de elementos 238U, 235U, 232Th, y 40K. La energía radiogénica existente es aproximadamente 12 x 1030 Joule. Además la Tierra conserva energía desde su consolidación (energía gravitacional) desde hace 4550 millones de años (F6-1 y F6-2).

La temperatura en el interior de la Tierra varía entre 3000 - 4000°C. En su límite manto medio/superior, T es ≈ 1300 ± 150°C; en la base de la litosfera continental (profundidad aproximadamente 100 km) T varía entre 1200 ± 100°C (F6-1).

En los primeros 12 km de la corteza terrestre tenemos un gradiente T por medio de 30°C/km. Con el calor que se guarda en los primeros 10 km de corteza terrestre podrían accionar 1 millón de centrales eléctricas con una potencia de 200 MW cada una por 10.000 años. El transporte de calor es vía convección (F6-3), conducción, advección (F6-4).

Gradiente geotérmico: es el cambio vertical de la T (dT) vs. la profundidad (dz) en °C/km. Se refiere generalmente a profundidades por debajo de 20 m de la superficie terrestre. En los continentes, dT varía entre 20-40°C/Km. En zonas volcánicas dT puede exceder. En zona  oceánicos dT varía considerablemente.

Unidades del flujo térmico        1 Jm-2s-1 (Joules por metros cuadrados por segundo)

                                1 J s-1.= 1 Watt

Unidad utilizada                1 Wm-2 o 1 mWm-2 (milliWatt por metro cuadrado).

Otra unidad utilizada                HFU (Heat Flow Unit) 1 HFU = 1 cal cm-2s-1

La conversión es siguiente        1 HFU = 41.8 mWm-2

Radioactividad: transformación de masa en energía; es un proceso lento.

Rocas de la corteza terrestre producen 5 - 10 x 10-6 Wm-3.

Algunos granitos muestran alta radioactividad: p.e. en Australia → manantiales hidrotermales por radioactividad.

[pic 1]

F6-1

[pic 2]

F6-2

[pic 3]

F6-3 yF6-4

DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO TÉRMICO Y ANOMALÍAS.

Flujo térmico es la energía térmica, que atraviesa por segundo/unidad área superficial.

        [pic 4]        

q        = flujo de térmico [q = mWm-2 o HFU (1HFU = 41.8 mWm-2)]

Q        = fuente térmica de la corteza terrestre

K        = conductividad térmica de una roca o un material en W / (m x °C)

dT/dz        = gradiente geotérmico (F6-5)

[pic 5]

F6-5

La distribución del flujo térmico a la superficie terrestre es diferente. F 6-6 muestra la distribución de flujo térmico de la Tierra. A lo largo de dorsales oceánicas observamos un flujo térmico elevado. Cuerpos magmáticos cerca de la superficie terrestre son las fuentes de energía, que calientan finalmente el agua en las rocas fracturadas y porosas. Estos depósitos geotérmicos podemos usar para la producción de la energía.

[pic 6]

F 6-6

datos flujo térmico

87 mWm-2        flujo térmico mediano de la Tierra

101 mWm-2        flujo térmico mediano para los océanos

65 mWm-2        flujo térmico mediano para los continentes

400 mWm-2        flujo térmico para dorsales oceánicas

60 mWm-2        flujo térmico para el fondo de la cuenca oceánica

35 mWm-2        flujo térmico para zonas de subducción

Anomalías debajo de flujo térmico mediano

• Cratónes o escudos continentales
• fosas oceánicas

Anomalías arriba de flujo térmico mediano

• arcos de islas
• dorsales centro-oceánicas
• manchas calientes
• orogenias jóvenes

Algunos ejemplos de flujo térmico→F 6-7, F 6-8, F 6-9

[pic 7]

F6-7

[pic 8]

F 6-8

[pic 9]

F6-9

Fuentes de flujo térmico continental

20%        enfriamiento de la litósfera

25%        flujo térmico de manto

50%        radioactividad

Fuentes de flujo térmico oceánico

85%        enfriamiento de la litósfera

10%        flujo térmico de manto

5%        radioactividad

El flujo térmico por conducción tiene lugar principalmente en la corteza terrestre.

Flujo térmico por conducción = K por dT 

Donde K es el coeficiente de conductividad térmica de un material/roca y el gradiente de temperatura es  = [pic 10]T/espesor.

Ejemplos para anomalías de calor local

• reacciones químicas como la oxidación de yacimientos sulfúricos producen calor
• cuerpos de granito contienen principalmente un contenido elevado de elementos radioactivos y producen por más calor que las rocas alrededor
• rocas tienen una conductividad térmica diferente
• presencia de fuentes volcánicas e hidrotermales

Clasificación de áreas de la superficie terrestre de su potencial geotérmico

1. área no geotermal (gradiente geotérmico entre 10 a 40 °K km-1)
2. área geotermal (gradiente geotérmico hasta 70 - 80 °K km-1)
3. área hipótermal (gradiente geotérmico más grande que en las áreas geotermales)

APLICACIONES DE LA GEOTERMIA

Generación de electricidad, calefacción de edificios, para procesos industriales. El agua de la superficie terrestre (lluvia, acuífero somero) se infiltra por fracturas en las rocas. El agua se calienta (F6-10). La profundidad varía entre 0 y 10 km. El agua se presenta en estado líquido (agua caliente) o gaseoso (vapor).

Los métodos de exploración por un campo geotérmico son

...