Da dove produce il calore la Terra ?

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Questo post pubblicato su AGU - Blogosphere da Ryan Anderson, Postdoctoral fellow (Assegnista di Ricerca) presso l'U.S. Geological Survey Astrogeology Science Center alla Cornell University, intende fornire alcune delucidazioni in merito a un argomento su cui, molte persone, fanno spesso confusione: dove e come produce calore la Terra. Di solito si commettono una serie di equivoci per cui è bene fare dei chiarimenti.

Molte persone affermano che la Terra ha alcuni milioni o miliardi di anni. La lava è fusa, ma che la Terra avendo solo 8.000 miglia (12 874,752 chilometri) di diametro non possiede una fonte interna di calore. E' paragonabile quasi come a un contenitore termico che perde il calore nel tempo. Molti suppongono che la pressione estrema produca calore, ma negli abissi marini più profondi, dove la pressione è molto alta, è anche molto freddo. Questa breve definizione della pressione è corretta: la pressione non genera calore se l'oggetto che si sta comprimendo non cambia il proprio volume. Tuttavia, la compressione di un gas può causare un riscaldamento, questo è conosciuto come, "gradiente adiabatico", e spiega perché alle altitudini più elevate si misurano temperature più fredde, e a quote più basse si rilevano temperature più calde. Quando l'aria sale, si espande raffreddandosi. Quando invece l'aria si muove verso il basso, si comprime e si scalda, per questo motivo scendere nel Grand Canyon o andare nella Valle della Morte in estate è una pessima idea. Ma questo effetto non può spiegare perché l'interno della Terra è caldo, quindi cerchiamo di andare avanti. Altri affermano che il decadimento radioattivo causi il riscaldamento, ma con l'avvento delle centrali nucleari e delle barre di controllo, dovremmo conoscere dei valori più precisi per ottenere il controllo del processo di riscaldamento. Inoltre, con il decadimento radioattivo, ci sarebbe una parte della radiazione che con ogni probabilità potrebbe sessere soggetta e condizionata dalle eruzioni vulcaniche.
Ecco dove abbiamo sbagliato. Circa la metà dell' energia che è all'interno della Terra proviene dal decadimento radioattivo degli isotopi presenti in natura. In particolare, dal potassio, dall'uranio e dal torio. La confusione nasce con l'analogia dei reattori nucleari. E' vero che un reattore nucleare deve essere mantenuto ad una precisa temperatura per continuare la reazione di fissione in modo da evitare la fusione, ma questo non ha nessuna relazione con la radioattività che riscalda la Terra, non è la stessa cosa come una reazione a catena generata dalla fissione. Gli isotopi radioattivi di potassio, dell'uranio e del torio hanno un decadimento spontaneo in elementi più stabili, a prescindere dai valori di temperatura. Si potrebbe avere anche un singolo atomo di uranio che galleggia da solo nello in profondità dove le temperature risultano fredde, e potrebbe ancora decadere e rilasciare un po di energia. Il secondo punto esposto, cioè "le radiazioni emesse dalle eruzioni vulcaniche" è un'affermazione corretta. Le rocce esplose che contengono significative quantità di potassio, di torio e di uranio hanno quantità misurabili di radioattività. Provate a prendere un contatore geiger e andate nel Grand Central Station o in Vaticano, le loro pareti di granito contengono quantità di radiazioni superiori alla media. Ci sono molteplici fonti di radioattività intorno a noi. Per esempio, le banane che sono ricche di potassio, questo elemento le rende leggermente radioattive.Date le dimensioni del nostro Pianeta, il carburante interno o la fonte di calore potrebbe sostenersi per milioni di anni o addirittura per miliardi di anni data la massa e la quantità richiesta.
La radioattività è una fonte naturale di calore duratura per il nostro Pianeta che non richiede alcun "combustibile", diversa dagli isotopi instabili naturali. Un Pianeta è un sistema complicato, in particolare la Terra con le sue placche tettoniche attive, gli oceani enormi e un ciclo dell'acqua attivo. Il Sistema Climatico Terrestre è costituito da innumerevoli cicli di feedback (retroazione) interagenti, che servono a moderare la temperatura del Pianeta, tuttavia, é possibile perturbare il sistema con gravi conseguenze (vedete il cambiamento climatico antropogenico), ma nel complesso si tratta di un sistema abbastanza stabile.
La domanda continua a suggerire che, poiché non c'è modo che la Terra mantenga il calore interno, potrebbe essere un Pianeta abbastanza giovane e quindi i creazionisti avrebbero ragione. Beh, non è proprio così. Come ha spiegato in precedenza Ryan Anderson, il semplice decadimento degli isotopi radioattivi fornisce circa la metà del calore della Terra, e continuerà a fornire calore per miliardi di anni. Il resto del calore è quello residuo dalla formazione del Pianeta. Quando si forma un Pianeta, il materiale che sprofonda all'interno deve liberare la sua energia potenziale gravitazionale, e gran parte di questa energia viene rilasciata sotto forma di calore. Allo stesso modo, una volta che si forma un protopianeta, quando il ferro comincia ad affondare all'interno con la maggior parte del materiale fuso, si stabilisce nel nucleo, rilasciando nuovamente energia potenziale gravitazionale che riscalda il Pianeta. L'unico modo per liberarsi dal calore dal Pianeta potrebbe essere tramite la radiazione termica, che in realtà risulta un metodo piuttosto inefficiente per trasferire l'energia dove un Pianeta può rimanere caldo per un lungo periodo, anche senza il riscaldamento radioattivo. Infatti, Giove e Saturno producono ancora calore molto più di quello che ricevono dal Sole: essendo enormi contengono notevoli quantità di energia gravitazionale coinvolta nella loro formazione, e nei rispettivi strati interni si continua a produrre del calore supplementare.