Geografia unibertsala»Geografia

Lurraren barne energia

Lurraren barne energiaren eraginez, milioika urteren buruan, mendikateak sortu dira gutxinaka-gutxinaka.

Sumendien erupzioen eta mugimendu sismikoen bidez bat-batean bortizki kanporatzen den energia hori eztabaida iturri da geofisikarientzat.

Energia hori modu askotan agertzen bada ere, azkenean, energia bero bihurtzen da beti Lurraren barnealdean.

Geofisikarientzat Lurra motor termiko handi bat da, bi erregai hauek elikatzen dute: batetik, elementu erradioaktiboek desintegratzerakoan askatzen duten beroak, eta, bestetik, Lurraren lehen sorrera aldietako hondar beroak.

Lurraren barne energia beroaren eta mugimenduaren bidez azaleratzen da.

Hiru sorburu nagusi ditu: prozesu erradioaktiboak, grabitatorioak eta Lurraren errotazioaren ondoriozkoak.

Eskura ditugun informazioen arabera garbi dago Lurraren barnealdea beroa dela: sumendien erupzioak dira horren froga garbiena, edota zenbait tokitako jarduera hidrotermikoa (iturri termalak, geiserrak), ikusgarria Lurreko zenbait tokitan, Yellowstone Parke Nazionalean (Estatu Batuetan), adibidez.

Fisikako axioma oinarrizko baten arabera, gorputz batean alde beroenetik hotzenera hedatzen da beti beroa. Fourierren lege batean, beroaren eroamenari buruzkoa, oinarritutako axioma da berori. Lur azalean zenbat eta barrenago orduan eta beroago egoteak, beraz, bero jarioa dagoela esan nahi du, Lur barnetik kanpoaldera.

Lurraren barne beroari buruzko lehen teoriak

Hasierako beroaren kontserbazioa

Lurraren barne energiaren hein bat lehen aldietan sortutako beroaren ondorioa da. Nola liteke 4.500 milioi urte eta gero, Lurrak oraindik hasierako bero hori gordetzea? Osagai dituen materialen izaera berezia da, zalantzarik gabe, hain denboraldi luzearen ondoren Lurra geologikoki bizirik iraun izanaren arrazoia.

Energia irradekiko guztiz opakoak dira materialok, halako moduan ezen energiak milaka milioi urte behar izaten baititu Lurraren azaleraino heltzeko.

Hasierako beroa iraunkorra den froga gisa, hor daude Jupiter eta Saturno: planetahorietan oso elementu gutxi dago bero erradioaktiboa sor dezakeenik baina energia kopuru handia igortzen dute.

Zenbait elementu kimikoren nukleoak berez desintegratzen dira nukleo bakunagotan energia partikulak edota irradak igorriz.

Erradioaktibitatea esaten zaio horri, eta, aurrerago aipatuko den bezala, Henri Becquerelek aurkitu zuen 1896an.

Elementu erradioaktiboak desintegratzean energia asko askatzen da. Izadian 25 nukleo erradioaktibo ezagutzen dira. Desintegrazio aldi luzea izateagatik iraun dute gaur egun arte. Irrada bidezko bero hori, beraz, erradioaktibitate bidezko bero edo energia iturri gisa, hasierako beroaren osagarri da.

Energiaren hedatze motak edo moduak

Hiru hedatze modu ditu energiak Lurraren barnetik azalera heltzeko: eroamena, konbekzioa eta irradatzea.

Eremu jakin batetik denbora banako bakoitzeko igarotzen den bero kopurua (bero jarioak, beraz) du ezaugarri eroamenak.

Eroamen termikoan beroaren hedatzeak ez du materia mugimendurik eragiten: gorputz beroaren molekulek gorputz hotzaren molekulen kontra jotzean beren inarroste termikoa ematen diete. Beroa hura dagoena baino hotzago dauden eremuetara hedatuz doa horrela.

Konbekzioa ulertzeko, kontuan izan behar da jariakari batean tenperatura desberdinak daudenean partikula materialak mugitu egiten direla. Jario hotzen eta beroen arteko dentsitate aldea da konbekzioaren eragilea. Gora eta behera egiten duten korronteak sortzen dira eta konbekzio eremu egonkor bat osatzen du haietako bakoitzak.

Urak irakiten duenean sortzen den molekula mugimendua da, hain zuzen, konbekzioaren adibide garbia. Lurraren mantuan beroa horrela hedatzen ote den, horra gaur egungo geofisikaren eztabaidagai nagusietako bat.

Irraden kasuan uhin elektromagnetikoetan hedatzen da beroa, euskarri materialen beharrik gabe. Irradetan iristen da, adibidez, espazio ?hutsa? igaro ondoren, Lurreraino Eguzkiaren beroa.

Bi dira geodinamikari buruzko teoria moderno guztien funtsak: Lurraren barnean beroa batetik bestera hedatzen da eta eroamenez kanporatzen da gero, lur azala igarota.

XIX. mendean Kelvin eta beste zientzialari batzuen artean Lurraren adinari buruz izan zen eztabaida luzean Lurraren barne beroaz mintzatu ziren, besteak beste.

Kelvinen teoriaren arabera, Lurraren tenperatura gradientea (Lurrean sakondu ahala tenperatura zenbat igotzen den) gutxituz doa denbora igaro ahala, Lurra eratu (harri urtuez eratu) eta gotortzen hasi orduko ari baita hozten. Meategietan egindako neurketak eta zunda lanak oinarritzat hartuz, Lurraren tenperatura gradientea finkatu zuen, planeta honek hozten igaro duen denbora ?eta, horrenbestez, planeta honen adina? zehaztu ahal izateko. Kelvinen arabera, Lurrean mila metro barrendu ahala hogei eta berrogei gradu zentigradu bitartean igotzen da tenperatura. Hori zela eta, Lurra hozteko prozesua ez zela hain luzea izan, ehun milioi urte ere ez zuela iraun, adierazi zuen. Garai hartako geologo eta biologo gehienek ordea bestela pentsatzen zuten: neurketa estratigrafikoak eta fosilak zertan ziren kontuan hartuta, Lurraren hozte prozesua askoz luzeagoa izan zela usteperatura 1.600 bat gradukoa dela uste da.

Handik aurrera gutxinaka-gutxinaka igoko da mantuaren eta nukleoaren arteko mugan (2.900 kilometroko sakoneran) hiru mila gradu zentigradutara irits arte.

Nukleoaren barruan tenperatura handixeagoa izango da, baina lau mila gradu zentigraduak gainditu gabe betiere. Kanpoko nukleoa burdinez osatuta dago batez ere, baina bestelako elementuak ere baditu, nikela eta silizioa, adibidez, denak urtuta.

Antza denez, Lurraren osagai materialak oso eroale txarrak dira, azal eta mantu aldean batez ere. Lurraren azalera heltzen den bero jarioa ez da oso sakonera handitan sortua. Dena den, ez da eroamena beroa hedatzeko bide bakarra; eroale txarrak diren materialen kasuan eraginkorragoa da konbenkzioa eroamena baino. Beroa material jariakarietan baizik ez da konbekzioz hedatzen. Jariakarien barruan tenperatura aldeak daudenean dentsitate aldeak sortzen dira, eta horietan eragiten duen grabitate indarrak mugiarazten du masa. Hori da ontzi bat urez betea sutan jartzean gertatzen dena, adibidez: behealdean dagoen uraren tenperatura handitzean ura mugitzen hasten da: ur beroak, ur hotzak baino dentsitate gutxiago baitu, gora egiten du eta ur hotzak, berriz, behera, ur beroaren lekua hartzen du. Korrontearen ziklo osoari ?konbekzio zelula? esaten zaio. Mugimendurik izango bada, beraz, tenperatura gorabehera izan behar du beti.

Lurrean atmosferan eta ozeanoan eratzen diren konbekzio termikoak aski ezagunak dira. Fenomeno hori Lurraren nukleoan ere gertatzen da, hango gaiak urtuta baitaude, jariakari baitira. Nukleoko material ioituzko korronteek sortzen dute Lurraren eremu magnetikoa. Mantuan bermeteoritoentan ere, solidoa izanagatik, litekeena da, bere plastikotasunagatik, konbekzio korronte lastertasun gutxikoak izatea. Konbekzio korrontearen lastertasuna hiru zentimetro ingurukoa da urteko; beraz, konbekzio zelulak nukleo osoa hartzen badu, materia partikula batek 10 8 urte beharko ditu bira osoa burutzeko. Lurrak 10 9 urte dituenez, sortu zenetik ez zituen bira asko emango.

Kontinenteen mugimenduarekin zerikusirik duten korronte horiek mantuan zertan diren zehatz-mehatz ezagutzen ez bada ere, argi dago korronteak ez direla mantuko eremurik sakonenak hoztu ahal izateko bezain lasterrak eta eraginkorrak.

Zientzialari eta geofisikariek hainbat ikerketa eta hipotesi egin dituzte antzina Lurreko tenperatura zertan zen argitzeko asmoz, eta gehienak bat datoz honetan: zehatz-mehatz jakiterik ez dagoen arren, hainbat daturen arabera, ondorio orokor batzuk atera daitezke behinik behin. Lehenengo eta behin, honakoa hartu behar da kontuan: Lurraren azalean oso ugariak dira isotopo erradioaktibo bero sortzaileak, hala nola, torio 232, uranio 238, potasio 40 eta uranio 235.

Azal kontinentalak berrogei kilometroko lodiera du batez beste, hau da, Lurraren erradioaren ehuneko bat baino gutxiago.

Baina azalean isotopo bero sortzaile asko dago, eta lur gaineko bero jarioaren ehuneko berrogei hantxe sortzen da. Bestetik, azal ozeanikoan isotopo gutxiago dago, baina kontuan hartzeko modukoa da, hala ere, dagoen kopurua. Hala, beraz, isotopoak goialdean kontzentratu izanaren ondorioz berebiziko jariatze geokimikoa sortu da Lurraren barnealdean.

3.500 milioi urte baino gehiagoko haitz kontinentaletan ere isotopo aberastasuna handia dago: argi ikusten da, beraz, aipatutako jariatzea Lurraren bilakaeraren lehenetapetan gertatu zela, nukleoa eta mantua bereizi zirenean segur aski. Izan ere, metalezko nukleo trinko bat eta silikatozko mantu arin bat eratu ziren bereizketa horren ondorioz.

Lurraren ezaugarri fisiko batzuk, hala nola, likatasuna eta hauskaiztasuna, tenperaturaren arabera aldatzen dira eta hori horrela izateak garrantzi handiko informazioa ematen du Lurraren barruko prozesu termikoez eta tektonikoez. Likatasunak materialen ?tartean solidoak ere badirela? jariakortasuna neurtzen du. Gerta daiteke oso gai likatsuak ia zurrunak izatea, eta hain likatsuak ez direnak, ordea, jariakarien antzeko ezaugarriak izatea. Tenperaturak zenbat eta gehiago egin gora, orduan eta likatasun gutxiago izaten du askotan. Lurraren azaleko eta litosfera barruko haitzak nahiko hotzak eta zurrunak dira, baina barrura egin ahala, tenperaturak gora egiten du, eta, horrenbestez, gero eta likatasun gutxiago izaten du. Beraz, barnealdeak jariakarien antzeko ezaugarriak izan behar ditu ezinbestez: dentsitate aldeen ondorioz, jariakarietan bezalako mugimenduak sortuko dira, segur aski. Bi dira, bestetik, dentsitate alde horien sorburuak: barnealdeko propietate termikoak eta konposizio desberdintasunak.

Gogora dezagun litosfera barruko errejimen termikoa oso bestelakoa dela, hartan beroa eroamenez besterik ez baita hedatzen.

Lurraren bilakaeraren lehen aldietan, bero erradioaktiboaren eraginez berotu ahala, likatasuna arian-arian gutxitu zen.

Horixe izango zen, seguruenik, dentsitateen araberako estratifikazio prozesuaren zergatia.

Prozesu horren ondorioz, nukleoa sortu zen eta isotopo bero sortzaileak goialdean kontzentratu ziren.

Lurraren bilakaera termiko luzeak lotura estua du isotopo bero sortzaileen ugaritasuneta iraunkortasunarekin. Lurraren berotasunaren bilakaeraren gain eragin ahal izateko ezinbestekoa da isotopoak ugariak ez ezik batez besteko bizitza luzekoak ere izatea. Bestela, ezinezkoa litzateke hain denbora luzez (Lurrak 4.600 bat milioi urte ditu) hain bero kantitate handiak sortzea.

Aurrerago aipatutako isotopoak dira baldintza horiek betetzen dituzten bakarrak: torio 232, uranio 238, potasio 40 eta uranio 235. Horien batez besteko bizitza 14.100, 4.510, 1.260 eta 710 milioi urtekoa da, hurrenez hurren.

Aipatutako isotopoak nahiko ugariak direla kontuan hartuta, eta orain dela hiru mila milioi urte zenbat bero sortuko ote zen kalkulatuz gero, argi ikusten da orduan orain baino 2,2 aldiz bero gehiago askatzen zela desintegrazio erradioaktiboaren bidez.

Bero kantitate handiago horien ondorioz, Lurraren azaleko bero jarioa ere neurri berean handituko zen, inondik ere. Litosfera plakak meheagoak eta hauskorragoak izango ziren eta, beraz, hedadura txikiagokoak.

Dena den, gaur egun baino ugariagoak ziren, eta plaken azpiko astenosfera egungoa baino askoz ere aktiboagoa.

Etorkizunean, litosfera gero eta lodiagoa izango da eta astenosfera gero eta likatsuagoa, batetik, Lurra etengabe ari delako hozten eta, bestetik, bero iturri erradioaktiboak gutxinaka-gutxinaka desintegratzen ari direlako. Loditasuna handitu ahala, plaken mugimendua geldoagoa izango da. Dena den, litekeena da bilakaera horretan etenak ere gertatzea, azken 180 milioi urteotan Pangea superkontinentean izandako zatiketa eta sakabanaketen antzekoak, alegia.

Ezkutu kontinentalak handitu ahala, aingura likatsuak bailiran jokatuko dutenez, azkenean plaken mugimendua guztiz gelditu eta plaken tektonikaren fasea bukatu egingo da Lurraren bilakaeran.