Apa Penyebab Arus Konveksi pada Mantel?

Ketika Alfred Wegener pertama kali mengusulkan bahwa benua telah bergeser ke posisi mereka saat ini, hanya sedikit orang yang mendengarkan. Lagi pula, kekuatan apa yang mungkin bisa menggerakkan sesuatu sebesar benua?

Sementara dia tidak hidup cukup lama untuk dibenarkan, hipotesis pergeseran benua Wegener berkembang dalam teori lempeng tektonik. Salah satu mekanisme untuk memindahkan benua melibatkan arus konveksi di mantel.

Panas berpindah dari daerah yang suhunya lebih tinggi ke daerah yang suhunya lebih rendah. Tiga mekanisme perpindahan panas adalah radiasi, konduksi dan konveksi.

Radiasi memindahkan energi tanpa kontak antar partikel, seperti radiasi energi dari Matahari ke Bumi melalui ruang hampa udara.

Konduksi mentransfer energi dari satu molekul ke molekul lain melalui kontak, tanpa gerakan partikel, seperti ketika tanah atau air yang dihangatkan matahari memanaskan udara langsung di atas.

Konveksi terjadi melalui pergerakan partikel. Saat partikel menjadi panas, molekul bergerak lebih cepat dan lebih cepat, dan saat molekul bergerak terpisah, kerapatan berkurang. Bahan yang lebih hangat dan kurang rapat akan naik dibandingkan dengan bahan yang lebih dingin dan lebih tinggi di sekitarnya. Sementara konveksi umumnya mengacu pada aliran fluida yang terjadi dalam gas dan cairan, konveksi pada padatan seperti mantel terjadi tetapi pada tingkat yang lebih lambat.

Panas di mantel berasal dari inti luar bumi yang meleleh, peluruhan unsur radioaktif dan, di mantel atas, gesekan dari lempeng tektonik yang turun. Panas di inti luar dihasilkan dari energi sisa dari peristiwa pembentukan Bumi dan energi yang dihasilkan oleh peluruhan unsur-unsur radioaktif. Panas ini menghangatkan dasar mantel hingga sekitar 7.230 °F. Pada batas mantel-kerak. suhu mantel diperkirakan 392°F.

Perbedaan suhu antara batas atas dan bawah mantel membutuhkan perpindahan panas untuk terjadi. Sementara konduksi tampaknya metode yang lebih jelas untuk perpindahan panas, konveksi juga terjadi di mantel. Bahan batuan yang lebih hangat dan kurang padat di dekat inti perlahan-lahan bergerak ke atas.

Batuan yang relatif lebih dingin dari mantel yang lebih tinggi perlahan-lahan tenggelam ke arah mantel. Saat materi yang lebih hangat naik, ia juga mendingin, akhirnya didorong ke samping oleh materi yang lebih hangat dan tenggelam kembali ke inti.

Material mantel mengalir perlahan, seperti aspal tebal atau gletser pegunungan. Sementara bahan mantel tetap padat, panas dan tekanan memungkinkan arus konveksi untuk memindahkan bahan mantel. (Lihat Sumberdaya untuk diagram konveksi mantel.)

Lempeng tektonik memberikan penjelasan untuk benua Wegener yang melayang. Lempeng tektonik, secara singkat, menyatakan bahwa permukaan bumi pecah menjadi lempengan-lempengan. Setiap lempeng terdiri dari lempengan litosfer, lapisan luar bumi yang berbatu, yang mencakup kerak dan mantel paling atas. Potongan-potongan litosfer ini bergerak di atas astenosfer, lapisan plastik di dalam mantel.

Arus konveksi di dalam mantel memberikan satu kekuatan pendorong potensial untuk pergerakan lempeng. Pergerakan plastis dari material mantel bergerak seperti aliran gletser gunung, membawa lempeng litosfer bersama pergerakan konveksi di mantel yang menggerakkan astenosfer.

Tarikan pelat, pengisapan pelat (parit) dan dorongan punggungan juga dapat berkontribusi pada pergerakan pelat. Tarikan slab dan hisap slab berarti bahwa massa lempeng yang turun menarik lempengan litosfer yang tertinggal melintasi astenosfer dan masuk ke zona subduksi.

Dorongan punggungan mengatakan bahwa ketika magma baru yang kurang padat naik ke pusat pegunungan samudera mendingin, kepadatan material meningkat. Peningkatan densitas mempercepat lempeng litosfer menuju zona subduksi.

Perpindahan panas juga terjadi di atmosfer dan hidrosfer, untuk menyebut dua lapisan bumi tempat berlangsungnya arus konveksi. Pemanasan radiasi dari Matahari menghangatkan permukaan Bumi. Kehangatan itu berpindah ke massa udara yang berdekatan melalui konduksi. Udara hangat naik dan digantikan oleh udara dingin, menciptakan arus konveksi di atmosfer.

Demikian pula, air yang dihangatkan oleh matahari mentransfer panas ke molekul air yang lebih rendah melalui konduksi. Namun, ketika suhu udara turun, air yang lebih hangat di bawah bergerak kembali ke permukaan dan air permukaan yang lebih dingin tenggelam, menciptakan arus konveksi musiman di hidrosfer.

Selain itu, rotasi bumi menggerakkan air hangat dari khatulistiwa menuju kutub, sehingga menghasilkan lautan arus yang memindahkan panas dari ekuator ke kutub dan mendorong air dingin dari kutub ke arah toward khatulistiwa.