Nel nucleo della Terra si raggiunge la Temperatura di 6000 °K, più o meno come sulla superficie del Sole.
Nel mantello più interno scende a 3000 °K,
e nel mantello più esterno arriva a 1300 °K.
Tre domande sul calore della Terra ?
Come e perché la Terra è calda ?
La Terra al suo interno è solida o fluida ?
E’ vero che il calore interno rende la Terra un grande magnete ?
Scalarità della Temperatura
Scendendo in profondità, la Temperatura della Terra aumenta di 1°C ogni 33 metri.
Nelle miniere a 1,5 km di profondità la temperatura raggiunge i 40°C.
Se il raggio terrestre misura 6371 km, la Temperatura al centro della Terra dovrebbe essere di 19.306 °C, invece è solo di 6.000 °K, perché la Temperatura cresce ma molto lentamente.
Le elevate Temperature rendono le rocce del nucleo esterno e del mantello fluide o viscose.
Il nucleo interno è composto da ferro e nichel: il ferro fonde a 1538°C e il nichel a 1.455 °C a 1 bar (1 atmosfera = 1,01325 bar).
La Pressione terrestre
Man mano che si scende in profondità, la Pressione della Terra aumenta.
Difficilmente si riesce a scendere sotto i 2 km di profondità, infatti la pressione è talmente alta che una fessura nella roccia più resistente verrà chiusa.
Nel centro della Terra la Pressione è di di 340 Gpa, 1GPa corrisponde a 10 kbar, dove 1 bar è circa 1 atmosfera, quindi al centro della Terra la Pressione è di 3 milioni e 400mila atmosfere.
La Pressione del mantello interno è di 140 Gpa.
La pressione altissima del centro della Terra contrasta le alte temperature, per cui il nucleo interno apparirà solido.
La Viscosità
La Viscosità misura la resistenza di un fluido allo scorrimento.
La Viscosità di un liquido aumenta quando la temperatura diminuisce.
La Viscosità si misura in poise, la viscosità dell’acqua a 10°C è 1 x 10^-2 poise (simbolo Pl).
La Viscosità del Nucleo interno
A 3.400 kbar nonostante la temperatura sia di 6.000 °K, il ferro non è fluido.
Il nucleo interno è solido, perché le pressioni sono così forti che rendono statiche le rocce che lo compongono. Gli atomi a 3.400 kbar diventano immobili.
La Viscosità del Nucleo interno è di 10 ^11 poise.
La Viscosità del Nucleo esterno
Il nucleo esterno è invece fluido.
Nel Nucleo esterno la pressione cala, cambia anche la composizione: oltre al ferro e al nichel in prossimità del mantello compare lo zolfo e il silicio.
La Viscosità nel Nucleo esterno è 10 ^-2.
Il Nucleo esterno si presenta fluido come l’olio di oliva.
Il Nucleo esterno fa da cuscinetto tra il nucleo interno solido e il mantello interno solido.
Il Magnetismo terrestre
Il cuscinetto fluido permette al nucleo interno solido di ruotare liberamente rispetto al mantello solido. Il movimento è causato dalla normale rotazione terrestre. In questo modo si produce energia elettrica, un po’ quello che avviene nella dinamo della bicicletta alimentata dalla ruota in movimento
Questo fenomeno è il motore del Magnetismo terrestre.
La Viscosità del Mantello interno
Il Mantello è composto da silicati che fondono sopra i 2200°K a 1 bar.
La temperatura nel mantello interno supera i 3.000°K ela pressione è 140 Gpa.
Ne consegue che la Viscosità nel Mantello interno è 10 ^ 24 PI, quindi il mantello interno è solido.
La Viscosità del Mantello esterno
Il Mantello superiore o superficiale ha una pressione di 50 Gpa e le temperature sono prossime al punto di fusione.
La Viscosità del Mantello esterno è 10 ^17, è un solido cristallino.
La Solidità della Crosta
La Crosta arriva al massimo a 40 km di profondità, la pressione è di 3 Gpa (30 mila atmosfere) e nel passaggio da Crosta a mantello la temperatura è di 1.300 °K.
La Viscosità della Crosta è 10 ^24, è un solido cristallino.
Scalarità della Viscosità o della Solidità
| Viscosità | Pressione | Temperatura | |
| Nucleo esterno | 10 ^- 2 | 4.500 °K | |
| Nucleo interno | 10 ^ 11 | 340 Gpa | 6.000 °K |
| Mantello esterno | 10 ^ 17 | 50 Gpa | 1.300 °K |
| Mantello interno | 10 ^ 24 | 140 Gpa | 3.000 °K |
| Crosta | 10 ^ 24 |
Da dove viene l’energia termica della Terra
Da dove viene l’energia termica della Terra o perché la Terra è calda ? Calore primordiale e Calore di decadimento.
1) Il calore primordiale è, da 4,5 miliardi di anni, intrappolato e molto lentamente fluisce all’esterno: è il 60% del calore.
2) Gli isotopi uranio-238 , torio-232 e potassio, presenti soprattutto nel mantello, subiscono il decadimento radioattivo che libera il restante 40% del calore che giunge in superficie.
Il calore interno è il motore del movimento del mantello, della subduzione, delle dorsali e quindi della Tettonica a placche.
Il raffreddamento della Terra
Il flusso di calore dall’interno all’esterno porta a un lento raffreddamento della Terra.
Il mantello interno ha una temperatura di 3.500°K, si sarebbe raffreddato di soli 300 °K negli ultimi 3 miliardi di anni.
Dove si raffredda la Terra
La Terra perde maggiormente calore dalla crosta continentale, perché il decadimento radioattivo è maggiore nelle rocce acide continentali, e minore nelle rocce basiche dei fondali oceanici.
Dove si raffreddano gli Oceani
La crosta oceanica delle dorsali oceaniche emette più calore delle altre parti dell’oceano, perché nelle dorsali la crosta è sottile e il calore del mantello esce più facilmente.
Il flusso di calore liberato dalla Terra
Il calore prodotto internamente passa alla superfice esterna più fredda, generando un flusso di calore.
Si calcola che il flusso totale di calore della Terra sia di 16 TW. (TeraW= 10^12 W)
La potenza geotermica
La Terra ha un raggio di 6371 km, quindi l’Area della sfera terrestre = 4 π R 2 = 4 x 3,14
x 6371000 x 6371000 = 509,8 x 10^12 metri
Dividendo il flusso totale con la superficie totale ottengo la potenza geotermica media: 32 mW/m2 (milliW).
Raffronto tra potenza geotermica e potenza eliotermica (solare)
L’irraggiamento medio alle latitudini europee è di 160 W/m2.
Dividendo la potenza geotermica 32 mW/m2 (milliW) con la potenza eliotermica 160 W/m2, risulta che la potenza termica Sole è 5.000 volte maggiore di quella della Terra.
Nonostante ciò a Larderello in Toscana con una potenza installata di 1.100 megawatt si produce 6 terawattora l’anno, il 5% dell’energia green nel 2019.