Che cos’è il “flusso di calore”?

Il flusso di calore è il movimento di calore (energia) dall’interno della Terra alla superficie. La fonte della maggior parte del calore proviene dal raffreddamento del nucleo della Terra e dalla generazione di calore radioattivo nei 20-40 km superiori della crosta terrestre. La generazione di calore radioattivo è un prodotto delle rocce della crosta che contengono alte concentrazioni di elementi radioattivi presenti in natura: torio, potassio e/o uranio. Il flusso di calore è maggiore nelle aree con alta radioattività o dove la crosta terrestre è più sottile, come le dorsali medio-oceaniche o la provincia Basin and Range degli Stati Uniti occidentali. Inoltre, ci sono aree con “anomalie” di flusso di calore che hanno un flusso di calore crostale superiore alla media senza una spiegazione tettonica o radioattiva chiaramente identificata, di solito legate al flusso di fluidi come nel Sud Dakota.
Il flusso di calore è calcolato usando la conduttività termica della roccia moltiplicata per il gradiente di temperatura. Le unità standard sono mW/m2 = milli Watt per metro quadrato. Quindi, pensate a un piano piatto di 1 metro per 1 metro e quanta energia viene trasferita attraverso quel piano è la quantità di flusso di calore.
La conduttività termica viene determinata usando carote di roccia o tagliando un dispositivo che misura la quantità di energia che il campione di roccia può trasferire. Esempi di dispositivi usati in laboratorio sono una barra divisa o una sonda ad ago. Le unità di conducibilità termica sono tipicamente in W/mK = Watt per metro Kelvin. I valori di conducibilità termica di una roccia (minerale) cambiano all’aumentare della temperatura, ecco perché le unità includono il Kelvin.

Il gradiente di temperatura della Terra nel sito di misurazione è determinato dalla raccolta della temperatura in un pozzo a specifiche profondità. Spesso le unità di gradiente sono °C/km o °F/100 ft. Se le misure di temperatura sono prese dopo che il pozzo non è più influenzato dal fluido di perforazione, è considerato in equilibrio. Questi valori sono di altissima qualità e comprendono una serie di punti di dati che aiutano a comprendere i cambiamenti nella geologia/struttura della Terra. C’è un tutorial sulla registrazione della temperatura con esempi che spiegano perché il gradiente cambia.

Le misure di temperatura vengono raccolte anche durante la perforazione di pozzi, specialmente di petrolio e gas. Questi valori di dati sono indicati come temperature di fondo foro, perché sono presi sul fondo dell’intervallo in cui il pozzo è stato perforato in quel momento. Quindi a questi valori devono essere aggiunte delle correzioni per compensare il riscaldamento del fluido di perforazione (pozzi poco profondi) o il raffreddamento (pozzi più profondi). Inoltre una posizione di pozzo può avere più temperature di fondo foro (BHT). Mentre vengono raccolte meno informazioni sulla temperatura per ogni sito rispetto ai siti di equilibrio, un campo di petrolio e gas di solito ha numerosi valori BHT disponibili per il confronto; la capacità di confrontare le temperature migliora l’accuratezza del singolo valore.
Perché un valore di flusso di calore sia completamente calibrato, dopo che la conduttività termica e il gradiente sono calcolati, ci sono correzioni che possono essere richieste in base a dove il pozzo è stato perforato. Alcuni esempi sono la topografia ripida (il versante nord di una montagna è più freddo di un versante sud) e la struttura geologica (una faglia che crea un brusco cambiamento nel tipo di roccia con conducibilità termica molto diversa).

Per i dati sul flusso di calore globale, visita la Commissione internazionale per il flusso di calore.