Gradiente Geotérmico

A partir de datos de perforaciones, es conocido el hecho de que la temperatura se incrementa en alrededor de 3.3 °C cada 100 metros a medida que se profundiza, lo cual fue medido en un pozo por primera vez por el Lord Kelvin (William Thomson) en 1869. Este valor medio se va reduciendo en función del incremento de profundidad, como resultado de lo cual se estima una temperatura de unos 1400 °C en la base de la litosfera y del orden de los 5000 °C en el centro de la Tierra. 

El gradiente de temperatura terrestre es conocido como gradiente geotérmico, siendo la relación entre la variación de temperatura y la profundidad:

G = dT/dz

A partir de los estudios pioneros del escocés James Maxwell (1871) en relación con la segunda ley de la termodinámica, puede definirse el flujo total de calor que asciende hacia la superficie en cada sitio como una cantidad denominada flujo calórico o térmico:

Q = k (dT/dz)

es decir, el producto del gradiente geotérmico por una constante k (que recibe el nombre de conductividad térmica) cuya magnitud varía según la constitución de las rocas y sus contenidos porales.

Flujo térmico en la Tierra sólida

Si bien la energía solar recibida es cuatro órdenes de magnitud mayor que la energía geotérmica total, la mayor parte es vuelta a irradiar (albedo) y, si bien la porción retenida es todavía muy significativa, ésta sólo controla los procesos a nivel de la atmósfera e hidrósfera. La razón por la que su influencia en la corteza terrestre resulta despreciable es la muy baja conductividad térmica de las rocas. Las variaciones diurnas de temperatura afectan sólo hasta unos 20 cm (menos de 1°C a 1 m de profundidad), las variaciones estacionales influyen hasta pocos metros bajo tierra, y a pocas decenas de metros los cambios llegan con más de un año de retraso.

Es por esto que el gradiente geotérmico obedece casi exclusivamente al flujo térmico del calor interno del planeta, y su propagación se efectúa por conducción, convección o advección.

• La propagación por conducción (interacción electromagnética a nivel molecular) ocurre en el núcleo interno y en la corteza terrestre, aunque también en el núcleo externo y manto.

• Los procesos de convección (movimiento masivo de las moléculas mismas por calentamiento o enfriamiento) son los encargados de incrementar en varios órdenes de magnitud la propagación térmica en el núcleo externo (de comportamiento fluido) y en el manto (plástico) con un sistema convectivo muy eficiente hasta los 670 km de profundidad y otro mucho más viscoso y lento en el manto inferior.

• La advección es un modo especial de convección, cuando una región es levantada por eventos tectónicos y acerca a la superficie rocas cuyas temperaturas corresponden a zonas más profundas, las cuales toman un largo tiempo en equilibrar sus valores térmicos.