Producción de calor radiogénico y flujo calórico en la cuenca de Santiago, Región Metropolitana, Chile

Abstract

El objetivo de este trabajo fue estimar la influencia de la producción de calor radiogénico (RHP por sus siglas del inglés Radiogenic Heat Production), en el flujo calórico total que llega a la base del relleno sedimentario de la cuenca de Santiago. La cuenca de Santiago corresponde a una depresión irregular, ubicada entre los 33-33.9°S y 70.5-71°W. Sus límites son: hacia el norte el cordón de cerros de los Altos de Polpaico y los Cerros de Colina, hacia al oeste la Cordillera de la Costa, hacia el este la Cordillera de Los Andes y hacia el sur la Angostura de Paine. La RHP se estimó en base a la concentración de elementos productores de calor radiogénico (RHPe: U, Th y K; por sus siglas del inglés Radiogenic Heat Production elements), de las diferentes litologías que componen el basamento de la cuenca de Santiago. Los RHPe, fueron medidos en numerosos afloramientos de rocas mesozoicas y cenozoicas, que rodean a la cuenca de Santiago, con lo que se logró determinar la concentración de RHPe en las litologías que componen la corteza superior. Las concentraciones de RHPe de las capas inferiores de la corteza y manto litosférico fueron obtenidas de la literatura. Las RHP promedio que componen la corteza superior, variaron entre 0,33 y 2,17 uW/m3, con un promedio de 1,3 uW/m3. Los componentes que se necesitaron para estimar el flujo calórico fueron: estructura de la litósfera, propiedades físicas y termales de las unidades que la componen, entre ellas la RHP. La estimación del flujo calórico se realizó en base a una modelación de transferencia de calor en sólidos, ocupando elementos finitos, en el software COMSOL Multiphysics (versión 4.3). El flujo calórico que llega a la base del relleno sedimentario de la cuenca de Santiago fue estimado en 61-67 mW/m2. El aporte de la RHP de toda la litósfera, en el flujo calórico que llega la superficie, estuvo entre 28,5 a 30 mW/m2, constituyendo un 45-48% del total, mientras que aporte del RHP de la corteza superior fue 12 mW/m2, constituyendo un 18% del flujo calórico total que alcanza la superficie. El relieve afectó de la siguiente manera al flujo calórico: en altos topográficos, porque el calor se distribuye en un área mayor, se produce una disminución del flujo calórico que llega a la superficie, en cambio en bajos topográficos sucede todo lo contrario, es decir, disminuye el área y aumenta el flujo calórico que llega a la superficie. Finalmente, el gradiente geotermal, en las rocas cercanas a la superficie de Santiago, fue estimado en 24°C/km. Esto implica que las temperaturas necesarias para algún uso geotérmico de muy baja entalpía se encontraron alrededor de los 200 m de profundidad; y para uso de geotermia de alta entalpía, la profundidad requerida es alrededor de 6 km.