Kad je Alfred Wegener prvi put pretpostavio da su se kontinenti pomaknuli na svoje trenutne položaje, malo je ljudi slušalo. Napokon, koja bi moguća sila mogla pokrenuti nešto veliko poput kontinenta?
Iako nije poživio dovoljno dugo da bi bio opravdan, Wegenerov hipotetički zamah kontinenta evoluirao je u teoriji tektonike ploča. Jedan od mehanizama za pomicanje kontinenata uključuje konvekcijske struje u plaštu.
Prijenos topline ili pomicanje topline
Toplina se kreće iz područja više temperature u područja niže temperature. Tri mehanizma za prijenos topline su zračenje, provođenje i konvekcija.
Zračenje pokreće energiju bez kontakta između čestica, poput zračenja energije od Sunca do Zemlje kroz vakuum svemira.
Kondukcijom se energija prenosi s jedne molekule na drugu kontaktom, bez kretanja čestica, kao kad suncem zagrijana zemlja ili voda zagrije zrak izravno iznad.
Konvekcija se događa kretanjem čestica. Kako se čestice zagrijavaju, molekule se kreću sve brže i brže, a kako se molekule razdvajaju, gustoća se smanjuje. Topliji, manje gusti materijal raste u usporedbi s okolnim hladnijim materijalom veće gustoće. Dok se konvekcija općenito odnosi na protok fluida koji se javlja u plinovima i tekućinama, konvekcija u krutim tvarima poput plašta događa se, ali sporijom brzinom.
Konvekcijske struje u plaštu
Toplina u plaštu dolazi od rastaljene vanjske jezgre Zemlje, raspada radioaktivnih elemenata i, u gornjem plaštu, trenja od spuštajućih se tektonskih ploča. Toplina u vanjskoj jezgri proizlazi iz rezidualne energije Zemljine formacije i energije generirane raspadajućim radioaktivnim elementima. Ova toplina zagrijava podnožje plašta na procijenjenih 7.230 ° F. Na granici plašt-kora. temperatura plašta procjenjuje se na 392 ° F.
Razlika temperature između gornje i donje granice plašta zahtijeva prijenos topline. Iako se provođenje čini očiglednijim načinom prijenosa topline, konvekcija se također javlja u plaštu. Topliji, manje gusti kameni materijal u blizini jezgre polako se kreće prema gore.
Relativno hladnija stijena s visine u plaštu polako tone prema plaštu. Kako se topliji materijal diže, on se također hladi, na kraju odbačen toplijim materijalom i tone natrag prema jezgri.
Materijal plašta teče polako, poput debelog asfalta ili planinskih ledenjaka. Dok materijal plašta ostaje čvrst, toplina i tlak omogućuju konvekcijskim strujama pomicanje materijala plašta. (Pogledajte Resurse za dijagram konvekcije plašta.)
Pomicanje tektonskih ploča
Tektonika ploča daje objašnjenje Wegenerovih kontrananata koji lebde. Tektonika ploča ukratko kaže da je Zemljina površina razbijena na ploče. Svaka se ploča sastoji od ploča litosfere, stjenovitog vanjskog sloja Zemlje, koji uključuje koru i najgornji plašt. Ti se litosferski komadi pomiču na vrhu astenosfere, plastičnog sloja unutar plašta.
Konvekcijske struje unutar plašta pružaju jednu potencijalnu pokretačku silu za kretanje ploče. Plastično kretanje materijala plašta kreće se poput toka planinskih ledenjaka, noseći litosferske ploče zajedno s tim što kretanje konvekcije u plaštu pomiče astenosferu.
Povlačenje ploče, usisavanje ploče (rova) i potiskivanje grebena također mogu pridonijeti pomicanju ploče. Povlačenje ploče i usisavanje ploče znače da masa silazne ploče povlači prateću litosfernu ploču preko astenosfere i u zonu subdukcije.
Ridge push kaže da kako se gušća nova magma koja se diže u središte oceanskih grebena hladi, gustoća materijala raste. Povećana gustoća ubrzava litosfersku ploču prema zoni subdukcije.
Konvekcijske struje i geografija
Prijenos topline također se događa u atmosferi i hidrosferi, da imenujemo dva sloja zemlje u kojima se odvijaju konvekcijske struje. Zračno grijanje sa Sunca zagrijava površinu Zemlje. Ta se toplina provođenjem prenosi na susjednu zračnu masu. Zagrijani zrak raste i zamjenjuje ga hladniji zrak, stvarajući konvekcijske struje u atmosferi.
Slično tome, voda zagrijana suncem provodi toplinu do nižih molekula vode provođenjem. Kako temperatura zraka pada, međutim, toplija voda ispod kreće se natrag prema površini, a hladnija površinska voda tone, stvarajući sezonske struje konvekcije u hidrosferi.
Uz to, Zemljina rotacija pomiče toplu vodu s ekvatora prema polovima, što rezultira oceanom struje koje pomiču toplinu s ekvatora na polove i potiskuju hladnu vodu s polova prema ekvator.