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Geotermia

Geotermia

 

(Investigando a Terra 2000 - IAG/USP)

A origem do calor da Terra tem sido motivo de indagação há muito tempo. Erupções vulcânicas levaram estudiosos e alquimistas a muitas e variadas especulações sobre a origem mística do fogo subterrâneo. Dentre elas, o fluído incandescente seria vomitado por dragões ou ainda, que se tratava de chamas lançadas por deuses furiosos. Mas, embora pareça um fenômeno de proporções gigantescas, o transporte de calor causado pelo vulcanismo corresponde à apenas 1% do transporte total, levando-se em conta o tamanho da crosta terrestre.


Robert Boyle, no século XVII, foi um dos primeiros a questionar seriamente quanto ao fluxo geotérmico (transporte de calor no interior da Terra). Quando as primeiras minas profundas foram cavadas, tornou-se aparente que existia uma  variação da temperatura com a profundidade. Nas minas modernas mais profundas a temperatura é  tão elevada que é necessário equipamento de ar condicionado para que os mineiros possam permanecer em seu interior.
O calor da Terra

Em qualquer região da Terra a temperatura aumenta com a profundidade. Medidas demonstram que a proporção em que aumenta a temperatura é de 20 a 40 graus centígrados por km. Sabe-se da experiência diária que o calor tende a fluir de uma região mais quente para uma região mais fria. Entre as duas regiões  a temperatura varia de forma gradual. Quanto maior for a diferença de temperatura, maior será a quantidade de calor fluindo da região mais quente para a mais fria. Mas essa quantidade de calor dependerá também da capacidade da substância de conduzir calor, ou seja, da sua condutividade térmica. A condutividade térmica depende do tipo de rocha (ígnea, sedimentar ou metamórfica), dos minerais constituinte e também da estrutura ou forma do cristal.

Nas camadas superiores da crosta terrestre, o calor emitido do interior da Terra move-se por condução, ou seja, a troca de calor ocorre através das vibrações das moléculas do meio rochoso. A perda desse calor através da superfície global é chamada de fluxo térmico terrestre. Para determinar se esta perda de calor é necessário efetuar medidas da variação da temperatura com a profundidade e da condutividade térmica. A Geotermia é a área da Geofísica responsável por estudos da distribuição do calor no interior do planeta.

As medidas de temperatura são efetuadas por meio de termômetros especiais conectados a longos fios e introduzidos em furos de centenas de metros de  profundidade nos continentes, o que as  torna difíceis e dispendiosas. Nos oceanos as medidas são relativamente mais fáceis pois grande parte do assoalho oceânico é formado de sedimentos moles o que facilita a penetração do sensor.

Fluxo Térmico Mundial

 

 

 

 

 

 

 

 

Fluxo Térmico Mundial (vermelho: maior transporte de calor; azul: menor transporte de calor)
Distribuição da Temperatura

 A distribuição da temperatura nas camadas superiores da crosta é determinada principalmente por dois fatores: a proximidade de fontes de calor e a condutividade térmica das rochaS. Um fluxo de calor anômalo na crosta da Terra pode estar ligado a uma fonte de calor local como, por exemplo: câmaras de magma, circulação de águas quentes, concentração de elementos radioativos ou reações químicas que liberam calor (exotérmicas). Cabe ao geofísico associar as anomalias térmicas com os seus possíveis causadores. Por exemplo: Os limites de uma jazida mineral podem ser detectados por uma anomalia térmica, pois neles costumam ocorrer reações químicas que liberam calor e conseqüente aumento de temperatura ( por exemplo, a interação entre água e sulfetos de ferro.)
Regime Térmico da Terra

A distribuição da temperatura nas camadas superiores da crosta é determinada principalmente por dois fatores: a proximidade de fontes de calor e a condutividade térmica das rochas.  Uma anomalia do fluxo de calor na crosta pode ser causada por uma fonte de calor local. Podem ser fontes de calor: câmaras magmáticas, circulação de águas quentes (termais), reações químicas exotérmicas ou concentração de elementos radioativos.

Focos de magma quente estão freqüentemente associados com águas termais subterrâneas, as quais circulam alo longo de falhas na crosta ou através de camadas de rochas porosas. As falhas ou camadas porosas atuam então como fontes independentes de calor.

Em algumas regiões, como por exemplo nos limites de uma jazida mineral, ocorrem reações químicas  exotérmicas.  A interação entre água e sulfetos de ferro libera calor provocando um aumento de temperatura e conseqüente anomalia de fluxo térmico; zonas onde há maior concentração de elementos radioativos também apresentam-se como fontes de calor.

Pode se utilizar a energia decorrente da ocorrência natural de águas quentes e vapores associados com vulcanismo. A energia é obtida liberando água ou vapor através de furos de sondagens e canalizando-os até uma turbina geradora.
Aplicações em Geofísica

O conhecimento do regime térmico do interior da Terra é de grande importância na prospecção e exploração de campos de gás e petróleo. O conhecimento da temperatura interna é importante na definição de técnicas e equipamentos de perfuração. Os dados geotermais tem sido utilizados recentemente para uma previsão objetiva sobre a natureza de um depósito, isto é, se contém óleo ou gás, uma vez que a temperatura e a  pressão determinam o estado físico dos hidrocarbonetos – acima de 180o dificilmente estarão em estado líquido.

Mudanças na condutividade térmica das rochas que constituem a crosta exercem efeito significativo na distribuição do calor nas mesmas. Rochas cristalinas (granitos e basaltos) têm em geral condutividade térmica maior do que rochas sedimentares. Quando as rochas cristalinas chegam próximas à superfície, provocam um aumento de temperatura. Nesses locais a pesquisa do fluxo térmico fornece informações sobre a estrutura da crosta superior.

Nas rochas sedimentares estratificada, o comportamento da condutividade térmica é bm definido. Existe uma anisotropia que faz com que a condutividade ao longo das camadas seja muito mais alta do que verticalmente. Quando as camadas estão na vertical, as rochas sedimentares que acomodavam petróleo são, em geral, convexas e portanto provocam um aumento local da temperatura, o que se constitui num indicador para a prospecção.

(Investigando a Terra 2000 - IAG/USP)


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