Fuentes radiactivas de calor

Isótopos Estables vs. Inestables

Algunos isótopos se consideran estables y otros inestables. La inestabilidad se produce como resultado de un desequilibrio en el número de protones y neutrones del núcleo atómico. Cuanto mayor sea el desequilibrio, más probable será que un isótopo sea inestable. Por ejemplo, el ¹²C y el ¹³C son estables, mientras que el ¹⁴C es inestable. Un isótopo inestable tiene un exceso de energía interna. El isótopo inestable puede cambiar a una configuración más estable cediendo parte de su energía. El isótopo inestable alcanza una forma más estable emitiendo partículas energéticas. Este proceso se denomina decaimiento radiactivo y los isótopos inestables emiten radiación (energía en forma de ondas electromagnéticas) y se denominan radioisótopos.

Ejemplos de isótopos de carbono y desintegración radiactiva

Considerando el elemento carbono, el ¹²C y el ¹³C son isótopos estables y, por tanto, no se consideran radiactivos. Sin embargo, el ¹⁴C es radiactivo (inestable) debido al peso extra de sus dos neutrones adicionales y, por tanto, experimenta una decaimiento radiactivo. La decaimiento radiactivo emite radiación y produce calor a medida que el isótopo padre se desintegra en una forma estable: el isótopo hijo. En el caso del carbono, el isótopo padre radiactivo ¹⁴C se descompondrá en el isótopo hijo estable ¹⁴N. Durante este proceso, uno de los ocho neutrones del nucleido ¹⁴C se convierte en protón, disminuyendo el número de neutrones a siete y aumentando el número de protones de seis a siete. Esta decaimiento radiactivo ha creado el isótopo hijo estable del nitrógeno: el ¹⁴N.

Algunos ejemplos de isótopos padre e hija son:

Calentamiento radiogénico

Conforme mencionado anteriormente, los isótopos inestables se hacen más estables liberando energía durante la desintegración radiactiva. La liberación de energía calorífica procedente de la desintegración radiactiva se conoce como calentamiento radiogénico. En la Tierra, cuatro isótopos radiactivos son responsables de la mayor parte del calor radiogénico debido a su enriquecimiento respecto a otros isótopos radiactivos: el uranio-238 (²³⁸U), el uranio-235 (²³⁵U), el torio-232 (²³²Th) y el potasio-40 (⁴⁰K).

Movimiento del calor a través de la Tierra

A medida que se libera calor dentro del núcleo, esa energía se desplaza. Las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto pueden alcanzar más de 4.000 °C (7.200 °F).¹Lay, T., Hernlund, J., & Buffett, B. A. (2008). Flujo de calor entre el núcleo y el manto. Nature geoscience, 1(1), 25-32. El calor del núcleo crea una corriente de convección dentro de la capa del manto que, no sólo ayuda a calentar la corteza para crear energía geotérmica, sino que también mueve las placas tectónicas de la Tierra. El núcleo calienta el magma haciendo que éste ascienda hacia la corteza; mientras que el magma más cercano a la corteza se enfría y desciende hacia el núcleo. El magma ascendente calienta los acuíferos y las rocas, creando fuentes de vapor, fuentes termales, géiseres, fuentes hidrotermales submarinas y otros elementos esenciales para aprovechar la energía geotérmica.
²National Geographic. Geothermal Energy. National Geographic Education. Aunque observamos con frecuencia el movimiento de vapor, agua o magma, la mayor parte de la energía geotérmica de la Tierra está seca y a gran profundidad. Sólo se puede acceder a muchas acumulaciones de gran calor dentro de la corteza terrestre perforando hasta la profundidad adecuada.