מה גורם לזרמי הסעה על המעטפת?

כאשר אלפרד ווגנר הציע לראשונה כי יבשות נסוגו לעמדותיהן הנוכחיות, מעטים האזינו. אחרי הכל, איזה כוח אפשרי יכול להזיז משהו גדול כמו יבשת?

הוא אמנם לא חי מספיק זמן כדי להיות מוצדק, אך הסחף היבשתי המשוער של ווגנר התפתח בתיאוריה של טקטוניקת הלוחות. מנגנון אחד להנעת היבשות כולל זרמי הסעה במעטפת.

חום עובר מאזורים עם טמפרטורה גבוהה יותר לאזורים של טמפרטורה נמוכה יותר. שלושת המנגנונים להעברת חום הם קרינה, הולכה והסעה.

קרינה מעבירה אנרגיה ללא מגע בין חלקיקים, כמו קרינת האנרגיה מהשמש לכדור הארץ דרך הוואקום של החלל.

הולכה מעבירה אנרגיה ממולקולה אחת לאחרת באמצעות מגע, ללא תנועת חלקיקים, כמו כאשר אדמה או מים מחממים שמש מחממים את האוויר ישירות מעל.

הסעה מתרחשת באמצעות תנועת חלקיקים. ככל שחלקיקים מתחממים, המולקולות נעות מהר יותר ויותר, וככל שמולקולות מתרחקות זו מזו, הצפיפות פוחתת. החומר החם והצפוף פחות עולה בהשוואה לחומר הקריר יותר ובצפיפות גבוהה יותר. בעוד הסעה מתייחסת בדרך כלל לזרימת הנוזל המתרחשת בגזים ובנוזלים, הסעה במוצקים כמו מעטפת מתרחשת אך בקצב איטי יותר.

החום במעטפת מגיע מהליבה החיצונית המותכת של כדור הארץ, ריקבון של אלמנטים רדיואקטיביים, ובמעטה העליונה, חיכוך מלוחות טקטוניים יורדים. החום בגרעין החיצוני נובע מאנרגיה שיורית מהאירועים המעצבים של כדור הארץ ומהאנרגיה שנוצרת על ידי ריקבון של אלמנטים רדיואקטיביים. חום זה מחמם את בסיס המעטפת לכ- 7,230 מעלות צלזיוס. בגבול קרום מעטפת. הטמפרטורה של המעטפת מוערכת בכ- 392 מעלות צלזיוס.

הפרש הטמפרטורה בין הגבולות העליונים והתחתונים של המעטפת מחייב העברת חום. בעוד שההולכה נראית השיטה הברורה יותר להעברת חום, הסעה מתרחשת גם במעטה. חומר הסלע החם והפחות צפוף יותר בקרבת הליבה נע לאט כלפי מעלה.

סלע קריר יחסית מגובה המעטה שוקע אט אט לעבר המעטפת. ככל שהחומר החם עולה, הוא גם מתקרר, ובסופו של דבר נדחק הצידה על ידי חומר עולה חם ושוקע חזרה לעבר הליבה.

חומר מעטפת זורם לאט, כמו אספלט עבה או קרחוני הרים. בעוד שחומר המעטפת נותר מוצק, החום והלחץ מאפשרים לזרמי הסעה להזיז את חומר המעטפת. (ראה משאבים לדיאגרמת הסעת מעטפת.)

טקטוניקת הצלחות מספקת הסבר ליבשותיו הנסחפות של ווגנר. טקטוניקת הפלטה, בקצרה, קובעת כי פני כדור הארץ שבורים לפלטות. כל לוח מורכב מלוחות ליתוספירה, השכבה החיצונית הסלעית של כדור הארץ, הכוללת את הקרום והמעטפת העליונה. חלקים ליטוספריים אלה נעים על גבי האסתנוספירה, שכבת פלסטיק בתוך המעטפת.

זרמי הסעה בתוך המעטפת מספקים כוח מניע פוטנציאלי אחד לתנועת הצלחת. התנועה הפלסטית של חומר המעטפת נעה כמו זרימת קרחוני הרים, נושאת את הלוחות הליטוספריים יחד עם תנועת הסעה במעטה המניעה את האסתנוספירה.

משיכת לוח, יניקת לוח (תעלה) ודחיפת רכס עשויים לתרום גם לתנועת הצלחת. משיכת לוחות ויניקת לוחות פירושם שמסת הלוח היורד מושכת את הלוח הליטוספרי הנגרר על פני האסתנוספירה ואל אזור ההשתנה.

דחף רכס אומר שככל שהמגמה החדשה והצפופה פחות העולה למרכז הרכסים האוקיאניים, מתקררת, צפיפות החומר עולה. הצפיפות המוגברת מאיצה את הלוח הליטוספירי לעבר אזור ההשראה.

העברת חום מתרחשת גם באטמוספרה ובהידרוספירה, כדי למנות שתי שכבות אדמה בהן מתרחשים זרמי הסעה. חימום קורן מהשמש מחמם את פני כדור הארץ. החום הזה מועבר למסת האוויר הסמוכה באמצעות הולכה. האוויר המחומם עולה ומוחלף באוויר קריר יותר, ויוצר זרמי הסעה באטמוספרה.

באופן דומה, מים המחוממים על ידי השמש מעבירים חום למולקולות מים נמוכות יותר באמצעות הולכה. עם זאת, כאשר טמפרטורות האוויר יורדות, המים החמים שמתחת נעים חזרה לכיוון פני השטח ומי התהום הקרים שוקעים, ויוצרים זרמי הסעה עונתיים בהידרוספרה.

בנוסף, סיבוב כדור הארץ מעביר מים חמים מקו המשווה לעבר הקטבים, וכתוצאה מכך נוצר אוקיינוס זרמים המעבירים את החום מקו המשווה לקטבים ודוחפים מים קרים מהקטבים לכיוון אֶקְוָטוֹר.