La temperatura del interior de la tierra - - Las Ciencias - 2020

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Anonim

A una profundidad pequeña (de 12 a 40 pies) debajo de la superficie de la tierra, la temperatura es constante durante todo el año, y esta temperatura constante del suelo difiere poco de la temperatura media anual del aire, excepto en montañas de más de 6,000 pies alto. El suelo es más fresco en verano y más cálido en invierno que el aire sobre él. Por esta razón, las cuevas fueron las primeras viviendas de los hombres y las bodegas todavía se utilizan para proteger los suministros de alimentos de los rápidos cambios de temperatura. El hecho de que la temperatura de la tierra aumenta al aumentar la profundidad debajo de la superficie se enunció claramente en 166:, por Kircher. quien había obtenido sus datos de ingenieros mineros húngaros. Las primeras mediciones de este aumento de temperatura fueron hechas por Friesleben, Humboldt. Saussure, y otros a principios del siglo XIX. “Ahora estamos en posesión de muchas buenas mediciones hechas en varios países. pero los resultados son tan discordantes que es difícil deducir una ley general del aumento de la temperatura. Algunos de estos resultados se muestran en la siguiente tabla, que proporciona el intervalo geotérmico, o el aumento de profundidad que corresponde a un aumento de la temperatura de un grado, y también el gradiente geotérmico, o la fracción de un grado por el cual la temperatura aumenta. por unidad de profundidad. El gradiente geotérmico es el recíproco del intervalo geotérmico. o refutar esta teoría e introducir orden en el caos aparente de los resultados observados. Hemos deducido matemáticamente los gradientes de temperatura anormales a partir de las leyes conocidas de la conducción del calor, teniendo en cuenta las modificaciones que la configuración de la superficie de la tierra y la proximidad de las vetas de mineral, vetas de carbón y magmas volcánicos introducen en las condiciones simples. presentada por las rocas sedimentarias e inmutables que subyacen en la gran llanura baja del norte de Alemania. La mayoría de los gradientes son anormales porque la mayoría de las observaciones se realizaron en túneles bajo montañas o en minas de carbón o metal. es decir, en la vecindad de sustancias que producen calor como consecuencia de la acción oxidante del aire, ya sea en forma gaseosa o disuelta en agua. Las mediciones se pueden clasificar de acuerdo a como se tomaron: 1. En rocas sedimentarias inmutables debajo de las llanuras alejadas de montañas y grandes cuerpos de agua (mediciones 1-6). 2. En túneles bajo montañas (7-9). 3. Cerca de grandes cuerpos de agua (11-14). 4. En regiones de actividad volcánica reciente (1,5-16). 5. En las minas de carbón. Campos petrolíferos y depósitos de minerales oxidables (17-19). El primer objeto de nuestra investigación fue puramente científico: la explicación de los hechos observados con la ayuda de la menor cantidad de suposiciones posibles. El segundo objeto era práctico: el pronóstico exacto de las temperaturas que se encontrarían en los túneles, la predicción de erupciones volcánicas y la determinación de la existencia de lavas calientes cerca de la superficie de la tierra. A B 1 C D E F Intervalo medio. Gradiente medio Lugar. Metros por Deg. C. Pies por Deg. F. Deg. por metro. Deg. P. por pie. Observaciones. 1. Paruscbowitz (Silesia) 2. Berlín 34. 0 3-2.0. 37.7 62 58 6!) 0.0294 0.0313 0.0266 0.016 0.017 0.015 i & ast; Plaines en el norte y centro de Alemania; Rocas no oxidables, principalmente sedimentarias. Media (1f siete lugares en el norte de Alemania 354.0 03 0.0290 0.016 39.8 73 0.0253 0.014) 5 La Mouillonge 6. India .30.6: -3fi. 7 56 67 0.03326 0.02731 0.018 0.015 1 Llanuras. Promedio para las planicies exclusivas de Ger-) muchos 33.4 61 0.0300 0.0165 7.:J icono del túnel de Cenis (centro) 8. Túnel de San Gotardo: (ai En la boca en el valle … (b) En el centro en la montaña … (Túnel J. Simplon: (a) En la desembocadura en el valle … (b) En el medio en la montaña .. 10. Pribram … Minas del Lago Superior: 50.0 29.4 45.5 28.0 48.7. 59.0 42.O 91 54 83; 51 89 107 76 0.020 0.034 0.022 0.035.57 O.0200 0.0170 0. 02318 0.011 0.012 0.020 0.011 0.009 0.013 "1 Medido durante la perforación de túneles debajo de montañas. 12. Minas más cerca del Jake { 55.0 a (57.0 100 a 122 0.0182 a 0.0150 0.010 a 0.008 Cerca de grandes lagos u océanos. 13. Calumet y Hecla en la península en el lago 14. Llanuras de Utrecht 122.8. 52.0 14.0 224 95 27 0.0081 0.0193 0.068.5 0.004 0.011 0.038 16. Dakota (Estados Unidos) {9.0 a 12.8 17 a 23 0.104 a 0.078 0.0.57 a 0.043 Cerca de magmas volcánicos volcánicos recientes. 17. Glasgow (campos de carbón) {25.5 a 7.8 47 a 14 0.039 a 0.128 0.021 a 0.070 18. Anzin (Francia) j 20.7 a 15.8 50 a 28 0. 0375 a 0.0651 0.021 a 0.0316 I- En los campos de carbón y petróleo. 19. Pechelbronn 13.9 25 0.0730 0.040 A partir de esta tabla, parece que las diferencias entre los valores son muy grandes. ¿Son estas diferencias atribuibles a errores en o a las peculiaridades no sospechosas de las diversas rocas, o la irregularidad aparente está sujeta a leyes definidas? No pueden ser enteramente debido a errores en la medición. por causas de error como el calor producido por el taladro, o las corrientes de aire y agua en las perforaciones podrían apenas cambiar la temperatura en más de 3 o 4 grados centígrados. F., que a una profundidad de 2,000 pies produciría un error de solo el 7 por ciento en el gradiente y el intervalo. (Sin embargo, en las minas, la iluminación, la ventilación y los motores y máquinas pueden causar errores de 30 por ciento o más). Muchos geólogos atribuyen la gran variación en el gradiente de temperatura a las complejas irregularidades en la estructura de la corteza terrestre. Algunos incluso sostienen que el interior de la tierra es frío y que la elevación observada de la temperatura se debe a la generación local y muy irregular de calor. La mayoría de los geólogos. sin embargo, suponga que el interior de la Tierra es caliente y atribuya la gran variación en las temperaturas y gradientes observados a las diferencias en la conductividad térmica de las rocas y la influencia de los cursos de agua subterránea. La disposición de los estratos. y otras causas que no pueden ser determinadas directamente. El Dr. Thoma y el escritor han intentado demostrarlo. A los efectos de nuestros cálculos, es indiferente que las temperaturas observadas se deban al enfriamiento de un interior fundido (como suponen Kant, Laplace, Fourier y Poisson), a la acción mecánica ( Mazo), a procesos químicos y radioactivos (Himstedt), oa todos estos combinados. Nuestros únicos supuestos son que la media de los resultados obtenidos en una región remota de montañas y grandes cuerpos de agua representa el valor normal y que la ecuación diferencial de la conducción del calor de Fourier es verdadera y aplicable. Hemos calculado los gradientes y las temperaturas en montañas y valles con los siguientes resultados: Distancia Ol, pd r'alcu'atecj Tunnel. De la boca, la temperatura. Tentación, medidores. Dell '. C. Deg. C. St. Gotthard 700 a 900 13.S a 15 14.9 a 15 St. Gotthard 3.500 25.9 25.9 St. Gotthard … y 50I0 U.7, 32.1 St. Gotthard 9500 25.3 25.9 Mont Cenis Middle 29.5 30.4 Simplon Middle 52.0 49.0 el acuerdo es tan cercano que evidentemente es posible calcular de antemano las temperaturas que se encontrarán en túneles con bastante precisión para propósitos prácticos. Se ha atribuido un gran efecto a la inmersión y al orden de los estratos, pero nuestros experimentos sobre la conductividad térmica de varias rocas húmedas (todos los estratos alpinos están saturados con agua) demuestran en varias direcciones. Que este efecto es muy pequeño. El efecto de enfriamiento o calentamiento de las corrientes de agua depende de la extensión de la superficie que lavan. Los manantiales de San Gotardo son demasiado pequeños y compactos para tener un efecto apreciable, excepto en sus inmediaciones. Cerca de grandes masas de agua, el intervalo geotérmico aumenta considerablemente y el gradiente disminuye proporcionalmente por la conductividad del agua. Un lago que cubre 400 millas cuadradas a una profundidad de 600 pies puede disminuir a la mitad del gradiente a una profundidad de 1.600 pies y una distancia de seis millas desde el lago. Los mejores ejemplos de esta influencia del agua se ofrecen en las minas del Lago Superior. El intervalo geotérmico es 76 en la mina Osceola a cinco millas del lago, de 100 a 122 en las minas más cercanas al lago, y 224 en las minas Calumet y Hecla en la península de Keweenaw. A partir de las mediciones del intervalo en regiones volcánicas recientes que no contienen minerales o carbón, se puede calcular la profundidad a la que se produce la lava fundida. Desde la fórmula para una masa elipsoidal de un diámetro superior a seis millas y el gradiente de temperatura deducido de las observaciones cerca de la superficie en Neuffen, en las cercanías de un cráter terciario y desbordamientos basálticos, encontramos una temperatura de aproximadamente 1,500 grados. F. a una profundidad de cuatro o cinco millas. Nuestros cálculos también indican que las variaciones en la actividad de un volcán deben reflejarse en el gradiente de temperatura de la vecindad, y que tres observaciones de las temperaturas a profundidades de 16 y 50 pies deberían ser suficientes para determinar con bastante precisión la ubicación ar: d forma de la masa subterránea de lava líquida. Desafortunadamente, no tenemos registros de este personaje. He ideado un aparato que cuesta desde $ 75 a $ 100 para registrar los cambios en la masa de lava por medio de la variación del intervalo geotérmico, y así, tal vez, predecir erupciones volcánicas. Sobre las vetas de carbón y algunos otros minerales, el gradiente de temperatura es alto, mientras que debajo de ellos pronto alcanza el valor normal. Los mismos resultados son dados por la teoría matemática aplicada a depósitos de forma esférica o elipsoidal. Encontramos que una masa esférica de J 00 metros de radio, con su centro a 400 metros debajo de la superficie, aumentaría el gradiente de temperatura inmediatamente por encima de ella de 0.0.30 a 0.050, si la generación de calor en la masa es de 3,400 gramos de calorías por segundo. Esto es equivalente a una combustión anual de 100 gramos de carbono e hidrocarburos en cada metro cuadrado (aproximadamente 3 onzas por yarda cuadrada) de la superficie de la masa. Este cálculo muestra que no se requiere una gran producción de calor para causar un cambio considerable en la temperatura observada. Por lo tanto, es teóricamente posible enfriar las minas mediante cámaras de refrigeración adecuadamente distribuidas debajo y al lado de las galerías, si las cámaras son lo suficientemente grandes y numerosas y están bien aisladas, de modo que todo el calor que absorben se tome de la roca. Las temperaturas y los gradientes en El interior del carbón o el mineral también se puede calcular, pero cada caso diferirá del resto. De las consideraciones anteriores, es evidente que los gradientes de temperatura anormales pueden explicarse de manera muy simple y sin la introducción de nuevas hipótesis, por la producción variable de calor en las vetas de carbón, la proximidad de las masas volcánicas y el efecto de enfriamiento de grandes cuerpos de agua. . El método matemático, en cambio, ofrece al ingeniero de minas y al constructor de túneles un medio muy valioso para calcular las temperaturas de los ejes y túneles con bastante precisión, cuando se sabe algo de las condiciones geológicas.— Traducido para el Suplemento de Umschau .

Este artículo se publicó originalmente con el título "La temperatura del interior de la Tierra" en s, 26242 (marzo de 2013)

doi: 10.1038 / scientificamerican05251907-26242asupp