Geofísica General GF31A J. Campos Flujo de Calor Geofísica General GF31A J. Campos

Algunas cifras a retener: El Calor en la Tierra La energía Solar junto con la energía gravitacional determinan la mayoría de todos los procesos naturales que ocurren en la superficie de la Tierra. La generación del campo magnético y el movimiento global de las Placas litosféricas son debido al calor interno de la Tierra. Algunas cifras a retener: Fuente de Energía Energía Anual (Joules) Reflexión y re-radiación de energía Solar 5.4 x 1024 Flujo geotermal del interior de la Tierra 1.4 x 1021 Desaceleración rotacional por mareas ~ 1020 Energía Terremotos ~ 1019

Flujo de calor: q Frio T1 h ĸ Caliente T2 ĸ = Conductividad termal [Wm-1 °C-1]

CASO k CONSTANTE T h z T h z Gradiente Bajo T1 Frio T2 Caliente T3 Gradiente Alto T T1 Frio T2 h T3 T4 z T5 Caliente

CASO GRADIENTE CONSTANTE k Bajo T T1 Frio T2 h Caliente T3 z k Alto T T1 Frio h T2 z T3 Caliente

UNIDADES Conductividad Termal (k) En SI : Wm-1 °C-1 Unidades Equivalentes: 2.39 x 10-3 cal cm-1 °C-1 s-1 Gradiente Geotermal ( ) En SI: °C-1 m-1 Unidades Equivalentes: 103 °C km-1 Flujo de Calor ( q ) En SI: Wm-2 Unidades Equivalentes: 2.39 x 10-5 cal cm-2 s-1 (23.9 HFU)

1 HFU = 10-6 cal cm-2 s-1 = 4.2 x 10-2 W m-2 = 42 mW m-2 Valores típicos en la Tierra: k  (2 a 5) W m-1 °C-1  (0.005 a 0.012) cal cm-1 °C-1 s-1 (0.01 a 0.05) °C m-1  (10 a 50) °C km-1  q = (0.03 a 0.12) Wm-2  (1 a 3) HFU

Tectónica y Flujo de Calor La transferencia de calor desde una región a otra en la Tierra es modulada por la convección en el Manto. La convección facilita el movimiento de las Placas Litosféricas Transferencia vertical de calor ocurre en: zonas de divergencia (ridges) zonas de subducción y zonas orógenas (cadenas de montañas).

En Areas Continentales: Alto ~ 0.1 Wm-2 Basin and Range 30°C/Km Valores típicos de FLUJO DE CALOR Medio ~ 0.06 Wm-2 Cratón Continental 20°C/Km Bajo ~ 0.03 Wm-2 Montañas Sierra Nevada 10°C/Km

CASO EN NORTE AMERICA: Cratón Continental: Zona interior de USA. Estable. Existe un gradiente geotermal normal. Las rocas graníticas de la corteza media y superior son frías ( fusión parcial). El manto superior tiene una temperatura normal (velocidades típicas en sísmica de refracción son de 8.1 a 8.2 km/s). La región no es tectónicamente activa (tiempo suficiente para el equilibrio termal)  límite litósfera / astenósfera es plana a aprox 150 km.

Rift Continental: Se observan valores bajos para las velocidades de ondas  Presencia de astenósfera a poca profundidad bajo el continente  calentamiento de las rocas de la corteza continental. En el Basin and Range, las rocas graníticas están suficientemente calientes para iniciar la fusión parcial a  20 km  Sismos limitados a los primeros 15 km La existencia de un elevado gradiente geotermal ( 30°C/km) sugiere que a 45 km de prof. la T° es de  1300 °C. ; La presión sobre la astenósfera caliente es tan baja que una importante fusión parcial se inicia en el manto superior (peridotita)  la corteza inferior es socavada por un nuevo material (gabro) y la nueva transición corteza/manto es plana (gabro sobre peridotita).

Zona de subducción remanente: Las Sierras Nevadas en California y Nevada son las raíces erosionadas de un arco volcánico que existió antes de la Falla transformante de San Adreas. El bajo Flujo de Calor observado sugiere la presencia de una litósfera gruesa y fría, lo que queda de una antigua zona de subducción. Lozas litosféricas de similares características han sido reconocidas en Europa (Este de los Alpes y en los Cárpatos). A través del tiempo, estos “slabs” fríos volverán a calentarse a temperaturas normales del manto superior y el límite litosfera/astenosfera retornará a una configuración más superficial y plana.