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Geotermia e geomagnetismo · Geotermia

Fluxo térmico e fontes de calor da Terra

Nas Caldas de Chaves a água brota da terra a cerca de $73\ \text{°C}$, sem ninguém a aquecer. De onde vem esse calor? E porque é que há regiões, como os Açores, onde o calor do interior se faz sentir muito mais do que noutras? Vamos descobri-lo e, no fim, voltamos às Caldas de Chaves.

O que é o fluxo térmico

O interior da Terra está mais quente do que a superfície. Por isso, o calor circula continuamente de dentro para fora, através da crosta, e perde-se para a atmosfera e para o espaço.

Para comparar regiões, os geólogos medem quanto calor sai por cada metro quadrado de superfície, em cada segundo.

Como é calor por segundo (isto é, potência) por metro quadrado, a unidade é o $\text{W/m}^2$. Os valores são pequenos, por isso usa-se o miliwatt: $1\ \text{W} = 1\,000\ \text{mW}$.

$$\text{fluxo térmico} = \frac{\text{calor}}{\text{tempo} \times \text{área}} \quad (\text{mW/m}^2)$$ Calor a sair do interior da Terra através de uma área de um metro quadrado da superfície 1 m² de superfície Atmosfera e espaço Interior da Terra (mais quente) calor que sobe

Repara que o fluxo térmico não diz a temperatura de um local. Diz a quantidade de calor que chega à superfície por cada metro quadrado.

Pratica★★☆Por começar
O fluxo térmico é a quantidade de calor que, por unidade de tempo, atravessa cada metro quadrado da superfície terrestre vinda do interior do planeta. O quadro seguinte…

O fluxo térmico é a quantidade de calor que, por unidade de tempo, atravessa cada metro quadrado da superfície terrestre vinda do interior do planeta. O quadro seguinte apresenta valores médios aproximados para três tipos de região.

Tipo de região Fluxo térmico médio
Crosta oceânica cerca de $100\ \text{mW}/\text{m}^2$
Crosta continental estável cerca de $65\ \text{mW}/\text{m}^2$
Zonas de atividade vulcânica (por exemplo, os Açores) valores muito superiores aos anteriores
  1. a) Compara o fluxo térmico da crosta oceânica com o da crosta continental estável e propõe uma explicação para a diferença, atendendo à idade e à espessura da litosfera em cada caso.
  2. b) Calcula a potência térmica (energia libertada por unidade de tempo) que atravessa uma área de $1\ \text{km}^2$ numa região de crosta continental estável. Apresenta o resultado em $\text{kW}$ ($1\ \text{km}^2 = 10^6\ \text{m}^2$).
  3. c) Uma lâmpada incandescente tem uma potência de cerca de $100\ \text{W}$. Compara o valor que obtiveste na alínea anterior com essa potência e comenta o resultado.
Resolver

As fontes de calor da Terra

Se a Terra se limitasse a arrefecer, o calor do interior já se teria esgotado há muito. Existem duas fontes principais.

Desintegração radioativa

As rochas contêm pequenas quantidades de isótopos radioativos, como o urânio, o tório e o potássio (por exemplo, o urânio-238 e o potássio-40). Estes núcleos são instáveis e desintegram-se espontaneamente, libertando energia que se transforma em calor.

A quantidade de cada isótopo é pequena, mas a massa de rocha é enorme e o processo dura há milhares de milhões de anos. Por isso, a contribuição para o calor interno é muito grande.

Calor residual da formação da Terra

Quando a Terra se formou, há cerca de $4\,600$ milhões de anos, o planeta estava muito quente. A energia vinha da colisão de corpos que se foram juntando, da compressão da matéria pelo seu próprio peso e do afundamento do ferro para o centro.

Parte desse calor ficou retido no interior, porque as rochas conduzem mal o calor e o interior demora muito a arrefecer. É o calor residual (ou calor primordial).

Pratica★☆☆Por começar
O interior da Terra é uma enorme fonte de calor: basta pensar na lava que sai dos vulcões ou nas águas termais das Caldas de Chaves, que brotam naturalmente a cerca de…

O interior da Terra é uma enorme fonte de calor: basta pensar na lava que sai dos vulcões ou nas águas termais das Caldas de Chaves, que brotam naturalmente a cerca de $73\ \text{°C}$.

  1. a) Explica de que modo a desintegração radioativa de elementos como o urânio, o tório e o potássio, presentes nas rochas, contribui para o calor interno da Terra.
  2. b) Explica o que os geólogos entendem por «calor residual da formação da Terra».
  3. c) O calor interno do planeta não se manifesta da mesma maneira em toda a superfície. Indica um tipo de região onde esperarias encontrar manifestações térmicas evidentes e justifica a tua escolha.
Resolver

Como varia o fluxo térmico

O fluxo térmico não é igual em todo o planeta. Depende da espessura e da natureza da crosta e de haver ou não magma perto da superfície.

Tipo de região Fluxo térmico (valor aproximado)
Crosta continental estável cerca de $65\ \text{mW/m}^2$
Crosta oceânica cerca de $100\ \text{mW/m}^2$
Dorsais oceânicas e zonas de vulcanismo ativo cerca de $200$ a $300\ \text{mW/m}^2$ ou mais

Em média, a crosta oceânica tem fluxo superior à continental estável. É fina e, junto das dorsais, é recém-formada e ainda muito quente.

As zonas de vulcanismo ativo e as dorsais têm os valores mais altos, porque o magma sobe até perto da superfície e transporta calor. É o caso dos Açores, onde as manifestações térmicas são evidentes: fumarolas, nascentes de água quente e a central geotérmica da Ribeira Grande.

Pratica★★☆Por começar
O fluxo térmico é a quantidade de calor que, por unidade de tempo, atravessa cada metro quadrado da superfície terrestre vinda do interior do planeta. O quadro seguinte…

O fluxo térmico é a quantidade de calor que, por unidade de tempo, atravessa cada metro quadrado da superfície terrestre vinda do interior do planeta. O quadro seguinte apresenta valores médios aproximados para três tipos de região.

Tipo de região Fluxo térmico médio
Crosta oceânica cerca de $100\ \text{mW}/\text{m}^2$
Crosta continental estável cerca de $65\ \text{mW}/\text{m}^2$
Zonas de atividade vulcânica (por exemplo, os Açores) valores muito superiores aos anteriores
  1. a) Compara o fluxo térmico da crosta oceânica com o da crosta continental estável e propõe uma explicação para a diferença, atendendo à idade e à espessura da litosfera em cada caso.
  2. b) Calcula a potência térmica (energia libertada por unidade de tempo) que atravessa uma área de $1\ \text{km}^2$ numa região de crosta continental estável. Apresenta o resultado em $\text{kW}$ ($1\ \text{km}^2 = 10^6\ \text{m}^2$).
  3. c) Uma lâmpada incandescente tem uma potência de cerca de $100\ \text{W}$. Compara o valor que obtiveste na alínea anterior com essa potência e comenta o resultado.
Resolver

Em resumo

  • Fluxo térmico: calor que atravessa cada metro quadrado da superfície, por unidade de tempo, vindo do interior. Mede-se em $\text{mW/m}^2$.

  • Há duas fontes de calor interno: a desintegração radioativa (urânio, tório, potássio) e o calor residual da formação da Terra.

  • O fluxo é maior na crosta oceânica (cerca de $100\ \text{mW/m}^2$) do que na continental estável (cerca de $65\ \text{mW/m}^2$).

  • É muito superior nas dorsais e nas zonas de vulcanismo ativo, como os Açores.

Voltando ao princípio: as Caldas de Chaves têm água a $73\ \text{°C}$ porque a água aquece-se em profundidade com o calor interno da Terra, vindo da desintegração radioativa e do calor residual, e depois sobe à superfície.

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