Als Alfred Wegener zum ersten Mal behauptete, die Kontinente seien in ihre gegenwärtigen Positionen abgedriftet, hörten nur wenige Menschen zu. Welche Kraft könnte schließlich etwas so Großes wie einen Kontinent bewegen?
Obwohl er nicht lange genug lebte, um bestätigt zu werden, entwickelte sich Wegeners hypothetische Kontinentaldrift in der Theorie der Plattentektonik. Ein Mechanismus zur Bewegung der Kontinente sind Konvektionsströmungen im Mantel.
Wärmeübertragung oder bewegte Wärme
Wärme bewegt sich von Bereichen höherer Temperatur zu Bereichen niedrigerer Temperatur. Die drei Mechanismen der Wärmeübertragung sind Strahlung, Wärmeleitung und Konvektion.
Strahlung bewegt Energie ohne Kontakt zwischen den Teilchen, wie die Energiestrahlung von der Sonne auf die Erde durch das Vakuum des Weltraums.
Leitung überträgt Energie von einem Molekül auf ein anderes durch Kontakt, ohne Partikelbewegung, wie wenn von der Sonne erwärmtes Land oder Wasser die Luft direkt darüber erwärmt.
Konvektion entsteht durch die Bewegung von Teilchen. Wenn Partikel erhitzt werden, bewegen sich die Moleküle immer schneller, und wenn sich die Moleküle auseinander bewegen, nimmt die Dichte ab. Das wärmere, weniger dichte Material steigt im Vergleich zum umgebenden kühleren Material mit höherer Dichte auf. Während sich Konvektion im Allgemeinen auf den in Gasen und Flüssigkeiten auftretenden Flüssigkeitsstrom bezieht, tritt Konvektion in Feststoffen wie dem Mantel auf, jedoch mit einer langsameren Geschwindigkeit.
Konvektionsströme im Mantel
Die Wärme im Erdmantel stammt vom geschmolzenen äußeren Erdkern, dem Zerfall radioaktiver Elemente und im oberen Erdmantel von der Reibung absteigender tektonischer Platten. Die Wärme im äußeren Kern resultiert aus Restenergie aus den Entstehungsereignissen der Erde und der Energie, die durch zerfallende radioaktive Elemente erzeugt wird. Diese Hitze erwärmt die Basis des Mantels auf geschätzte 7.230 ° F. An der Mantel-Kruste-Grenze. die Temperatur des Mantels beträgt schätzungsweise 392°F.
Der Temperaturunterschied zwischen der oberen und unteren Grenze des Mantels erfordert eine Wärmeübertragung. Während die Wärmeleitung die offensichtlichere Methode für die Wärmeübertragung zu sein scheint, tritt Konvektion auch im Mantel auf. Das wärmere, weniger dichte Gesteinsmaterial in der Nähe des Kerns bewegt sich langsam nach oben.
Relativ kühleres Gestein von weiter oben im Mantel sinkt langsam in Richtung Mantel. Wenn das wärmere Material aufsteigt, kühlt es auch ab, wird schließlich vom wärmeren aufsteigenden Material beiseite geschoben und sinkt zum Kern zurück.
Mantelmaterial fließt langsam, wie dicker Asphalt oder Berggletscher. Während das Mantelmaterial fest bleibt, ermöglichen die Hitze und der Druck Konvektionsströme, das Mantelmaterial zu bewegen. (Siehe Ressourcen für ein Mantelkonvektionsdiagramm.)
Verschieben der tektonischen Platten
Die Plattentektonik liefert eine Erklärung für Wegeners driftende Kontinente. Die Plattentektonik besagt, dass die Erdoberfläche in Platten zerbrochen ist. Jede Platte besteht aus Platten der Lithosphäre, der felsigen äußeren Schicht der Erde, die die Kruste und den obersten Erdmantel umfasst. Diese lithosphärischen Stücke bewegen sich auf der Asthenosphäre, einer Plastikschicht innerhalb des Mantels.
Konvektionsströme innerhalb des Mantels liefern eine potenzielle treibende Kraft für die Plattenbewegung. Die plastische Bewegung des Mantelmaterials bewegt sich wie der Strom von Gebirgsgletschern und trägt die lithosphärischen Platten mit, während die Konvektionsbewegung im Mantel die Asthenosphäre bewegt.
Plattenziehen, Platten-(Graben-)Saugen und Firstschub können ebenfalls zur Plattenbewegung beitragen. Slab Pull und Slab Sog bedeutet, dass die Masse der absteigenden Platte die nachlaufende lithosphärische Platte über die Asthenosphäre und in die Subduktionszone zieht.
Ridge Push sagt, dass die Dichte des Materials zunimmt, wenn das weniger dichte neue Magma, das in das Zentrum der ozeanischen Rücken aufsteigt, abkühlt. Die erhöhte Dichte beschleunigt die lithosphärische Platte in Richtung der Subduktionszone.
Konvektionsströme und Geographie
Wärmeübertragung findet auch in der Atmosphäre und Hydrosphäre statt, um zwei Erdschichten zu nennen, in denen Konvektionsströmungen stattfinden. Die Strahlungswärme der Sonne erwärmt die Erdoberfläche. Diese Wärme wird durch Wärmeleitung auf die angrenzende Luftmasse übertragen. Die erwärmte Luft steigt auf und wird durch kühlere Luft ersetzt, wodurch Konvektionsströmungen in der Atmosphäre entstehen.
In ähnlicher Weise überträgt von der Sonne erwärmtes Wasser durch Wärmeleitung Wärme auf niedrigere Wassermoleküle. Wenn die Lufttemperaturen jedoch sinken, bewegt sich das wärmere Wasser darunter zurück zur Oberfläche und das kältere Oberflächenwasser sinkt, wodurch saisonale Konvektionsströmungen in der Hydrosphäre entstehen.
Darüber hinaus bewegt die Erdrotation warmes Wasser vom Äquator zu den Polen, was zu Ozean Strömungen, die Wärme vom Äquator zu den Polen transportieren und kaltes Wasser von den Polen in Richtung des Äquator.