Energia interna da Terra: fontes, fluxo e convecção

Energia interna

- Fonte

Fontes de energia concorrem no terreno: existem dois campos de energia relevantes, o magnético e o gravitacional. A Terra recebe energia solar e produz calor e energia mecânica a partir do interior. Há duas fontes para o calor interno da Terra: o calor liberado por processos de fissão radioativa de minerais e o calor primordial.

O calor primordial, por sua vez, tem duas origens principais:

• Energía de impacto: energia resultante da acreção de partículas durante a formação da Terra, em grande parte transformada em energia térmica e preservada no interior do planeta devido à baixa condutividade térmica do material.
• Energia da formação do núcleo: energia liberada durante a diferenciação e formação do núcleo planetário.

Conceitos: gradiente e grau geotérmico

Gradiente geotérmico: aumento da temperatura (em média) de 1 °C a cada 33 m de profundidade. Grau geotérmico: número de metros que se deve aprofundar para que a temperatura aumente 1 °C.

Geotermia e vulcões

A geotermia e os vulcões têm duas origens térmicas principais: uma origem profunda, cujo valor térmico é relativamente uniforme em todo o globo, e uma origem cortical, que varia de lugar para lugar dependendo, em maior medida, do conteúdo de elementos radioativos. É a componente cortical que tem maior influência sobre a dinâmica das placas litosféricas e sobre os fenómenos vulcânicos.

Materiais ejetados por um vulcão podem ser:

• Gases (por exemplo, vapor, dióxido de enxofre).
• Líquidos, como lava e fluxos lávicos.
• Sólidos, como cinzas e fragmentos piroclásticos.

Energia elástica dos terremotos

Existem três tipos de deformação nas rochas: elástica, plástica e frágil. Segundo a teoria do rebote elástico, as rochas podem sofrer deformações elásticas que acumulam energia até um certo limite. Quando esse limite é excedido e ocorre fratura, há liberação súbita da energia acumulada, resultando em um terremoto.

A energia dissipada em um terremoto provém da liberação repentina da energia elástica acumulada nas rochas no momento da ruptura. A energia elástica pode ser acumulada por anos e liberada em segundos. Nem toda essa energia é convertida em ondas sísmicas; parte é transformada em calor devido ao atrito.

Os terremotos são causados por três tipos de forças na litosfera:

• Forças de compressão, que produzem falhas de empurrão (thrust).
• Forças de extensão (tensão), que produzem falhas normais.
• Forças de cisalhamento horizontal, que produzem falhas de deslizamento/transformantes.

- Fluxo de calor

Fluxo de calor é a quantidade de energia térmica por condução que chega à superfície da Terra a partir do interior do planeta. As rochas são maus condutores de calor, pelo que a condução não é o único mecanismo de transporte térmico.

O fluxo de calor é normalmente expresso por:

Q = K · dT / dz

onde Q é o fluxo de calor, K é a condutividade térmica, dT/dz é o gradiente de temperatura em função da profundidade.

- Correntes de convecção (conceito)

As rochas são muito pobres condutoras; por isso, a condução não é o único mecanismo de propagação do calor no interior da Terra. Outro processo importante é a convecção: quando um fluido (ou material ductil) se expande ao ser aquecido, torna-se menos denso, sobe, arrefece na superfície e retorna para baixo. Movimentos convectivos são observados constantemente na atmosfera, na hidrosfera e no interior da Terra.

Existem duas soluções clássicas para a convecção mantélica:

• Sistema de convecção única.
• Sistema de camadas, com dois níveis de convecção no manto, separados entre si.

Há também um modelo híbrido mais recente que sugere a existência de dois níveis de convecção correspondentes às partes superior e inferior do manto, mas que incorpora a possibilidade de interação entre ambos os níveis. No modelo híbrido, o ramo ascendente da convecção do manto inferior teria um componente difuso e outra componente localizada, gerando, na região da camada D, plumas estreitas de material quente.

As plumas que chegam à superfície originam magmas cuja atividade pode contribuir para a fragmentação dos continentes. Esses pontos de origem de magmas, não diretamente relacionados com a tectônica de placas, são chamados de pontos quentes.

O ramo descendente da convecção do manto superior seria governado pela combinação de dois processos principais:

• O deslizamento gravitacional da litosfera desde as dorsais até às zonas de subducção (fossas), onde a placa é subductada.
• A tração gravitacional gerada pelo ganho de peso dos fragmentos densos e frios da placa subductada, suficiente para romper a barreira entre manto superior e manto inferior e atingir a camada D.

Existe vulcanismo associado a pontos quentes; quando a placa se move, o vulcão associado à placa desloca-se com ela, mas o ponto quente permanece praticamente estacionário. Assim, forma-se uma cadeia de vulcões ao longo do trajeto da placa — se estiverem no mar, essas erupções podem originar ilhas (ex.: cadeias de ilhas vulcânicas).