Konvektionsströme übertragen Wärme von einem Ort zum anderen durch Massenbewegung einer Flüssigkeit wie Wasser, Luft oder geschmolzenes Gestein. Die Wärmeübertragungsfunktion von Konvektionsströmungen treibt die Meeresströmungen der Erde, das atmosphärische Wetter und die Geologie an. Konvektion unterscheidet sich von Wärmeleitung, bei der es sich um eine Wärmeübertragung zwischen Substanzen handelt, die in direktem Kontakt miteinander stehen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Konvektionsströme beruhen auf der ständigen zyklischen Bewegung von Luft, Wasser und anderen Stoffen, um Wärme zu verteilen. Wenn erwärmte Luft zum Beispiel aufsteigt, zieht sie kühlere Luft an ihren Platz – wo sie erwärmt werden kann, aufsteigt und kühlere Luft ansaugt.
So funktioniert Konvektion
Konvektionsströme bilden sich, weil sich eine erhitzte Flüssigkeit ausdehnt und weniger dicht wird. Das erwärmte Fluid mit geringerer Dichte steigt von der Wärmequelle weg. Wenn es steigt, zieht es kühlere Flüssigkeit nach unten, um es zu ersetzen. Diese Flüssigkeit wird wiederum erhitzt, steigt auf und zieht mehr kühle Flüssigkeit nach unten. Dieser Zyklus erzeugt einen kreisförmigen Strom, der nur stoppt, wenn die Wärme gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt wird. Ein heißer Heizkörper erwärmt beispielsweise die Luft um ihn herum. Die Luft steigt zur Decke auf und zieht kühlere Luft von der Decke nach unten in den zu erwärmenden Heizkörper. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Luft im Raum gleichmäßig erwärmt ist.
Ozeankonvektion
Konvektion treibt den Golfstrom und andere Strömungen an, die sich umdrehen und das Wasser in den Weltmeeren vermischen. Kaltes Polarwasser wird aus höheren Breitengraden nach unten gezogen und sinkt auf den Meeresboden, in Richtung Äquator, wenn leichteres, wärmeres Wasser an die Meeresoberfläche aufsteigt. Das wärmere Wasser wird nach Norden gezogen, um das kalte Wasser zu ersetzen, das nach Süden gezogen wurde. Dieser Prozess verteilt Wärme und lösliche Nährstoffe auf der ganzen Welt.
Konvektion in Luft
Konvektion treibt die Luftzirkulation in der Erdatmosphäre an. Die Sonne erwärmt die Luft in der Nähe des Erdäquators, die weniger dicht wird und nach oben steigt. Wenn es aufsteigt, kühlt es ab und wird weniger dicht als die Luft um es herum, breitet sich aus und sinkt wieder zum Äquator. Diese sich ständig bewegenden Zellen aus warmer und kalter Luft, bekannt als Hadley-Zellen, treiben die kontinuierliche Luftzirkulation an der Erdoberfläche an, die wir Wind nennen. Atmosphärische Konvektionsströmungen halten auch Wolken in der Luft.
Konvektion in der Erde
Geologen glauben, dass das geschmolzene Gestein tief in der Erde durch Konvektionsströme zirkuliert. Das Gestein befindet sich in einem halbflüssigen Zustand und sollte sich wie jede andere Flüssigkeit verhalten und vom Boden des Erdmantels aufsteigen, nachdem es durch die Hitze des Erdkerns heißer und weniger dicht geworden ist. Da das Gestein Wärme an die Erdkruste verliert, wird es relativ kühler und dichter und sinkt zurück in den Kern. Diese ständig zirkulierenden Zellen aus heißem und kühlerem geschmolzenem Gestein sollen helfen, die Oberfläche zu erwärmen. Einige Geologen glauben, dass Konvektionsströmungen in der Erde eine Ursache für Vulkane, Erdbeben und Kontinentalverschiebungen sind.