¿Cómo produce calor el centro de la Tierra?

Question

A mi entender, el centro de la Tierra se caliente debido al peso de su propia cuestión de ser aplastado en sí misma, debido a la gravedad. Podemos utilizar el agua para recoger este calor de la Tierra y producir electricidad con turbinas. Sin embargo, me imagino que haciendo esto en un enorme, imposible de gran escala no enfriar el centro de la Tierra a la misma temperatura que la superficie, ya que la gravedad es aún la compresión de la roca juntos.

Sin embargo, puesto que la energía no puede ser creada o destruida, parece que esta energía está apareciendo de la nada. Dudo de la Tierra asunto está siendo lentamente se consume para generar esta energía, o que el sol de alguna manera está causando el calentamiento.

Creo que he entendido mal o pasado por alto algún paso importante en este proceso. Si es así, ¿por qué (o por qué no) ¿el centro de la Tierra caliente, y, si no, no la producción de energía geotérmica enfrían de forma irreversible?

Answer 1

La calefacción debido a la alta presión es principalmente un problema de gases, donde gravitacional de la compresión adiabática puede subir la temperatura de una gran cantidad (por ejemplo, en los núcleos estelares). No es realmente la fuente de calor geotérmica.

El interior de la tierra está caliente, ya que de los tres principales aportaciones:

1. "Primordial de calor": la energía sobrante de cuando el planeta se unieron. La energía de enlace total de la Tierra es enorme ($2\cdot 10^{32}$ J) y cuando los planetesimals que formó la Tierra chocaron y se fusionaron tenían que convertir su energía cinética en calor. Esto contribuye 5-30 TW de flujo de energía en la actualidad.

2. "La diferenciación de calor": la mezcla original de la Tierra era probable relativamente uniforme, pero los elementos pesados tienden a hundirse hacia el núcleo, mientras que el más ligero flotara hacia la parte superior del manto. Esto libera la energía potencial.

3. "El calor radiogénico": La Tierra contiene una cierta cantidad de elementos radiactivos que la caries, calentar el interior. La que importa ahora son los que tienen una vida media comparable con la edad de la Tierra y concentraciones suficientemente altas; estos son $^{40}$K, $^{232}$Th, $^{235}$U e $^{238}$U., El flujo de calor debido a esto se 15-41 TW.

Tenga en cuenta que sabemos que el total de flujo de calor bastante bien, unos 45 TW, pero la relación de fuerzas de la primordial y el calor radiogénico no son bien limitados.

La energía poco a poco se va agotando, aunque a un ritmo lento: la conductividad térmica y el tamaño de la Tierra hacen que el flujo de calor a cabo más lentamente. La energía geotérmica de las plantas puede enfriar rocas de la corteza terrestre local a un ritmo más rápido, cada vez menos eficiente a lo largo del tiempo si se toman demasiado calor. Pero no tiene ningún efecto importante sobre la totalidad del sistema, que es mucho más grande.

Answer 2

Lo primero es lo primero: la actividad Humana es no aprovechar el calor del núcleo de la Tierra. A lo mejor, estamos aprovechando el calor diferencial entre la superficie y decenas de metros, tal vez a un par de kilómetros por debajo de la superficie. La temperatura en general aumenta con la profundidad. Nosotros, los humanos no tienen la tecnología para penetrar más de un par de kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra, y no digamos la tecnología necesaria para penetrar los seis mil y pico de kilómetros necesarios para llegar al centro de la Tierra.

Dicho esto, el núcleo de la Tierra no produce calor. Conserva una señal tonelada de calor (leer un crudo palabra de cuatro letras en lugar de "bleep") a partir de su formación inicial. Este calor inicial vino en dos formas. Uno fue el resultado de la colisión. Incluso más calor se genera cuando la Tierra se separan en un núcleo, manto y corteza. Aquí es donde la señal tonelada entra en juego. La Tierra sólo ha tenido 4.5 mil millones de años irradien que una gran cantidad de calor. Demasiado corta de un período de tiempo para que la enorme cantidad de calor.

Con respecto a la producción de calor, el núcleo de la Tierra produce calor a través de la conversión de material fundido en la Tierra fundido núcleo exterior de material sólido en la Tierra del núcleo interno sólido. El núcleo de la Tierra también puede producir calor a través de la desintegración radiactiva de material dentro del núcleo de la Tierra, pero esto es muy discutible. Los cuatro principales de larga duración isótopos radiactivos (uranio 238 y 235, torio 232, y el potasio 40) son químicamente incompatibles con la migración hacia el núcleo de la Tierra. Que el calor se genera a partir de la formación de la Tierra del núcleo interno es ampliamente aceptado. Que el calor es generado en el núcleo de la Tierra a través de la desintegración radiactiva del uranio, el torio o el potasio en el núcleo de la Tierra es nada, pero ampliamente aceptado.

Answer 3

Nosotros por lo general, tienden a subestimar los tamaños y masas de los cuerpos celestes. Un pequeño regalo es que para todos no astronómicos, medios y fines de considerar a la Tierra de masa infinita sin mensurable de error.³

Vamos a hacer una estimación: ¿Cómo el calor almacenado en el planeta Tierra se relacionan a la humanidad a la producción de energía? Sólo estoy interesado en un orden de magnitud aquí. Vamos a suponer que el calor específico promedio de la tierra del asunto es que de sílice (MODO₂), ca. 0.7 J/(g*K). Esto conduce a los siguientes resultados:¹

El calor específico de sílice (J/(kg*K)) 7.00 E+2
De la tierra de masa (kg) 5.97 E+24(2)
La tierra de la energía/K, suponiendo que todos los sílice 4.18 E+27

Suministro mundial de energía primaria de 2015 (Mtep) 1.36 E+4
J/Mtep 4.19 E+16
Suministro mundial de energía primaria de 2015 (J) 5.60 E+20
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Años de suministro mundial de energía de ΔT=1K 7.31 E+06
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Que en realidad es menos de lo que pensaba, por un factor de 100 o así, pero aún así ... de largo.

Es digno de destacar a pesar de que esta estimación supone un suministro de energía constante para el próximo par de millones de años. Que es bastante improbable ya que vamos a estar en nuestro camino a una Kardashev Tipo III de la civilización, siempre nos las arreglamos para sobrevivir a todos los cuellos de botella por delante. Como Ray Kurzweil comentó tendemos a subestimar el crecimiento exponencial porque estamos programados para la lineal de las relaciones. Una civilización con crecimiento exponencial el uso de los recursos (como nuestro actual) no será capaz de confiar en la energía geotérmica para el tiempo geológico marcos. (No va a ser capaz de confiar en la energía solar o bien, si ampliamos el marco de tiempo sólo un poco.) Si suponemos un aumento de 2% por año, Wolfram Alpha parcelas de esta hermosa curva que se muestra cuando la alimentación necesaria en un solo año equivaldría a la Tierra la energía térmica correspondiente a un 1K diferencia. Al parecer ese punto sería alcanzado en 800 años, no de 7 millones de euros. Nota cómo la curva no hacer mella hasta el año 500 o así.⁴

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_{¹ El original consumo de energía primaria número es de la OIEA. Mtep representa mega toneladas de petróleo equivalente, aproximadamente 4,187 e+10 J.}

_{⁽²⁾ Dar o tomar 10^20}

_{³ Obligatorio (pero algo deprimente) de xkcd.}

_{⁴ Una curva similar (con un intervalo de tiempo, quizás más de 150 años, en lugar de 800) podrían ser atraídos por el consumo de aceite mineral. A mediados de 1800, nadie la predicción de que un día no demasiado lejos en el futuro nos preocuparemos utilizando todos de fácil acceso aceite mineral de la Tierra se han reído fuera de la ciudad.}

_{Es totalmente posible que cometí un error y el resultado es por un par de dígitos decimales (aunque probablemente no sea demasiado pequeño); agradezco las correcciones.}