GEO046 Geofísica. O calor na Terra. O calor na Terra. O calor na Terra

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Milton Sabala Belém
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1 GEO046 Geofísica Aula n o 15 MÉTODOS GEOTÉRMICOS Calor terrestre O calor na Terra A convecção térmica no manto fornece o mecanismo controlador da tectônica de placas e os processos geológicos decorrentes. A convecção composicional do núcleo, conseqüência do esfriamento do núcleo, controla o dínamo geomagnético. O manto atua como uma máquina térmica, produzindo energia mecânica durante o processo de transferência de calor do interior aquecido para a superfície fria. O processo evidencia-se nos movimentos das placas superficiais, o fluxo de calor superficial correlacionado com aspectos geológicos, e a geração do calor radiogênico. 2 June 04 Hédison K. Sato O calor na Terra 3 O calor na Terra 4 O calor no interior da Terra tem origem radiogênica. A descoberta da desintegração radioativa em 1896, por Henry Becquerel, foi fundamental. A consideração do calor radiogênico permitiu estender a idade da Terra para além do limite indicado pelo modelo do esfriamento da Terra, cuja hipótese básica considerava que o calor teria originado do colapso gravitacional. A idade da Terra, até então considerada dessa forma, não condiziam com outras evidências geológicas. O calor pode ser transmitido de três formas: condução, convecção e irradiação. No interior da Terra, as duas primeiras formas são as mais importantes. A taxa atual de perda de calor através da superfície da Terra é da ordem de W ( J/ano). São ordens de magnitude maior que a energia liberada pelo vulcões e terremotos.

2 Fluxo nos continentes 5 Fluxo nos oceanos 6 Menor nos terrenos continentais mais antigos. Com maior dispersão, observa-se que os mais antigos apresentam menor fluxo de calor. Mais de 50% do fluxo tem origem radiogênica na própria crosta. Assim, a variação com a idade deve-se, em grande parte, à maior erosão das rochas geradoras de calor das crostas mais antigas. O calor residual da atividade ígnea contribui para o fluxo de calor, somente na crosta jovem. Fluxo nos oceanos 7 Fluxo nos oceanos 8 Deve-se, primariamente, ao esfriamento da litosfera. O magma basáltico fresco é exposto pelo soerguimento na cadeia mesooceânica e, inicialmente, esfria-se mais rapidamente pela circulação hidrotermal na fraturas, do que pela difusão.

3 Fluxo nos oceanos 9 Fluxo e idade 10 À medida que a rocha basáltica se afasta da mesooceânica, os sedimentos inibem gradativamente a circulação hidrotermal, remanescendo apenas a difusão. Na crosta oceânica antiga, o fluxo tende para 38 mw/m2. Atribuído a combinação da litosfera radiogênica e o calor do manto abaixo. O fluxo de calor continental reduz com idade e estendese por um período bem maior quando comparado com a mesma questão nos oceanos. A radioatividade nas rochas mais superficiais da crosta desempenham um papel significativo para o fluxo de calor continental. Fluxo e idade 11 Fluxo continental 12 A contribuição calor radiogênico das rochas superficiais pode ser separado das fontes mais profundas. Seja A, a produção de calor por unidade de volume de uma rocha (W/m 3 ). Então, numa coluna de rocha de altura h, o calor q que escapa pela superfície iguala-se ao calor gerado na coluna, ha, mais o calor q 0 que entra pela base da coluna: q = q 0 + ha q versus A em três regiões. A dispersão dos dados da Província B&R é atribuída a a fontes profundas: convecções hidrotermais e magmáticas.

4 Equação do calor 13 Mudança climática (senoidal) 14 O calor flui das temperaturas altas para as baixas. r q = K T onde K é a condutividade térmica. Apenas considerando a condução térmica, a temperatura obedece a seguinte equação : 2 1 T T = κ t onde κ é a difusividade térmica ( K ρc p), sendo K, a condutividade térmica, ρ, a densidade de massa, e c, o calor específico a pressão constante. p Supondo somente a condução e uma dimensão, temos 2 T 1 T = 2 z κ t Supondo que, na superfície, é imposta uma temperatura variando de forma senoidal T ( t, z = 0) = T0 senωt, a temperatura a uma profundidade z será: ω ω T(t,z) = T0 exp z sen ωt z. 2κ 2κ Trata-se de uma onda senoidal amortecida propagando-se para dentro da Terra. Mudança climática (senoidal) 15 Mudança climática (senoidal) 16 O amortecimento ω z 2κ ω exponencial T(t,z) = T0e sen ωt z. 2κ é controlado pela freqüência e difusividade térmica. Assim, se vê que, quanto mais rápidas forem as variações de temperatura superficial, menores serão as profundidade influenciadas. Como o esperado, quanto maior a difusividade térmica, a perturbação térmica senoidal é mais eficaz em profundidade. Assim, espera-se que ω z 2κ ω apenas as variações T(t,z) = T0e sen ωt z. 2κ da ordem de períodos glaciais penetrem a grandes profundidades. Supondo a difusividade da crosta como m 2 /s e período de anos, a profundidade, em que a amplitude da variação térmica é metade do valor superficial, vale 250 m.

5 Mudança climática (degrau) 17 Mudança climática (degrau) 18 T ( t, z = 0) = 0 para t < 0 e = T A uma profundidade z, T(t,z) = T onde erf( x) = 2 x 2 ζ e dζ. π para t > 0. [ 1 erf ( z / 2 κt )], O gradiente de temperatura associado é T T 0 2 = exp( z ( 4κ t )). z πκt Convecção no manto 19 Medidas do fluxo de calor 20 Ondas sísmicas refletidas na interface manto-núcleo indicam os criptoceanos e criptocontinentes. A determinação do fluxo de calor requer duas medições separadas: o gradiente térmico ( T/ z) e a condutividade térmica (K), a partir da qual se obtém o fluxo de calor por unidade de área: q= K T/ z. Após a inserção da sonda, o gradiente de temperatura é obtido a partir da medida das temperaturas ao longo da sonda. O aquecimento elétrico é aplicado na extremidade a uma taxa conhecida e, após o equilíbrio, o gradiente é novamente medido que permite obter a condutividade térmica. SONDA Sensores de temperatura Aquecedor

6 Levantamento geotérmico 21 Levantamento geotérmico 22 Área de Neckertal (sul da Alemanha) Água térmica de m surge através de fissuras e fraturas e afetam a distribuição da temperatura local. É possível localizar com medidas rasas, fissuras em subsuperfície através da qual a água profunda penetra no aqüífero superficial. A anomalia é bastante clara e, importante, detectável a baixa profundidade. No caso, a anomalia deve-se mais ao calor radiogênico do granito do que a sua própria condutividade térmica. Levantamento geotérmico 23 Avaliação da UFBA 24 Variações significativas do gradiente de temperatura estão intimamente relacionadas com variações litológicas. Os maiores gradientes nos folhelhos e os menores no sal e nos anidritos, deve-se a maior condutividade térmica destes. Sítio

7 Referências: 25 Sharma, P. V., 1986, Geophysical methods in geology. 2. ed., Elsevier, New York. Stacey, F. D.,1992, Physics of the Earth. Brookfield Press, Brisbaine, Australia.

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