9.2: La temperatura del interior de la Tierra
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Como hemos comentado en el contexto del metamorfismo, la temperatura interna de la Tierra aumenta con la profundidad. Sin embargo, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\) (derecha), esa tasa de incremento no es lineal. El gradiente de temperatura es de alrededor de 15° a 30°C por kilómetro dentro de los 100 kilómetros superiores; luego cae dramáticamente a través del manto, aumenta más rápidamente en la base del manto y luego aumenta lentamente a través del núcleo. La temperatura es de alrededor de 1000°C en la base de la corteza, alrededor de 3500°C en la base del manto y alrededor de 5.000°C en el centro de la Tierra. El gradiente de temperatura dentro de la litosfera (100 kilómetros superiores) es bastante variable dependiendo del entorno tectónico. Los gradientes son los más bajos en las partes centrales de los continentes, más altos en las proximidades de las zonas de subducción y mayores aún en los límites divergentes.
La figura\(\PageIndex{1}\) (izquierda) muestra una curva de temperatura típica para los 500 kilómetros superiores del manto con más detalle, junto con la curva de fusión para roca seca del manto. (La roca del manto se derretirá bajo condiciones a la derecha de la línea roja discontinua). En general el manto no se funde porque la temperatura se encuentra a la izquierda de la curva de fusión, pero dentro del intervalo de profundidad entre 100 y 250 kilómetros la curva de temperatura se acerca muy al límite de fusión para la roca seca del manto. A estas profundidades, por lo tanto, la roca del manto está casi derretida o parcialmente fundida. En algunas situaciones, donde hay calor extra y la línea de temperatura cruza sobre la línea de fusión, o donde el agua está presente, puede estar completamente fundida. Esta región del manto, la astenosfera, también se conoce como la zona de baja velocidad porque las ondas sísmicas se ralentizan dentro de la roca que está cerca de su punto de fusión. Por debajo de los 250 kilómetros la temperatura permanece en el lado izquierdo de la línea de fusión; es decir, el manto es sólido desde aquí hasta la capa D” cerca del límite núcleo-manto.
El hecho de que el gradiente de temperatura sea mucho menor en la parte principal del manto que en la litosfera se ha interpretado para indicar que el manto es convección, y por lo tanto que el calor de la profundidad se está llevando hacia la superficie más rápido de lo que sería con solo conducción de calor. Como veremos en el Capítulo 10, un manto de convección es una característica clave de la tectónica de placas.
La convección del manto es producto de la transferencia ascendente de calor desde el núcleo al manto inferior. Al igual que en una olla de sopa en una estufa caliente (Figura\(\PageIndex{2}\)), el material cerca de la fuente de calor se calienta y se expande, haciéndolo más ligero que el material anterior. La fuerza de flotabilidad hace que se eleve, y el material más frío fluye desde los lados. El manto convecta de esta manera porque la transferencia de calor desde abajo no es perfectamente pareja, y también porque, aunque el material del manto es roca sólida, es suficientemente plástico para fluir lentamente (a velocidades de centímetros por año) siempre y cuando se le aplique una fuerza constante.
Como en el ejemplo de la olla de sopa, el manto de la Tierra ya no se conveccionará una vez que el núcleo se haya enfriado hasta el punto en que no haya suficiente transferencia de calor para superar la fuerza de la roca. Esto ya ha sucedido en planetas más pequeños como Mercurio y Marte, así como en la Luna de la Tierra.
¿Por qué está caliente el interior de la Tierra?
El calor del interior de la Tierra proviene de dos fuentes principales, cada una aportando alrededor del 50% del calor. Uno de ellos es el calor friccional sobrante de las colisiones de partículas grandes y pequeñas que crearon la Tierra en primer lugar, más el calor de fricción posterior de redistribución de material dentro de la Tierra por fuerzas gravitacionales (por ejemplo, hundimiento de hierro para formar el núcleo).
La otra fuente es la radiactividad, específicamente la desintegración radiactiva espontánea de los isótopos 235 U, 238 U, 40 K y 232 Th, que están presentes principalmente en el manto. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\), el calor total producido de esa manera ha ido disminuyendo con el tiempo (debido a que estos isótopos se están agotando), y ahora es aproximadamente el 25% de lo que era cuando se formó la Tierra. Esto significa que el interior de la Tierra se está enfriando lentamente.
Descripciones de imagen
Atribuciones de medios
- Figuras 9.1.1, 9.1.2: © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{3}\): © Steven Earle. CC POR. Basado en R. Arevalo, W. McDonough, M. Luong,, The K/U ratio of Earth: insights into manto composition, structure and thermal evolution, Earth and Planetary Science Letters, V 278, p. 361-369, 2009.