Toen Alfred Wegener voor het eerst suggereerde dat continenten naar hun huidige positie waren afgedreven, luisterden maar weinig mensen. Immers, welke mogelijke kracht zou iets zo groot als een continent kunnen verplaatsen?
Hoewel hij niet lang genoeg leefde om te worden gerechtvaardigd, evolueerde Wegener's veronderstelde continentale drift in de theorie van platentektoniek. Een mechanisme voor het verplaatsen van de continenten omvat convectiestromen in de mantel.
Warmteoverdracht of bewegende warmte
Warmte verplaatst zich van gebieden met een hogere temperatuur naar gebieden met een lagere temperatuur. De drie mechanismen voor warmteoverdracht zijn straling, geleiding en convectie.
Straling verplaatst energie zonder contact tussen deeltjes, zoals de straling van energie van de zon naar de aarde door het vacuüm van de ruimte.
Geleiding brengt energie over van het ene molecuul naar het andere door contact, zonder beweging van de deeltjes, zoals wanneer zonverwarmd land of water de lucht direct erboven verwarmt.
Convectie vindt plaats door de beweging van deeltjes. Naarmate deeltjes worden verwarmd, bewegen de moleculen sneller en sneller, en naarmate moleculen uit elkaar bewegen, neemt de dichtheid af. Het warmere, minder dichte materiaal stijgt in vergelijking met het omringende koelere materiaal met een hogere dichtheid. Terwijl convectie in het algemeen verwijst naar de vloeistofstroom die optreedt in gassen en vloeistoffen, vindt convectie in vaste stoffen zoals de mantel plaats, maar in een langzamer tempo.
Convectiestromen in de mantel
Warmte in de mantel komt van de gesmolten buitenste kern van de aarde, verval van radioactieve elementen en, in de bovenmantel, wrijving van dalende tektonische platen. De hitte in de buitenste kern is het gevolg van restenergie van de vormende gebeurtenissen van de aarde en de energie die wordt gegenereerd door rottende radioactieve elementen. Deze hitte verwarmt de basis van de mantel tot een geschatte 7,230°F. Op de mantel-korst grens. de temperatuur van de mantel is naar schatting 392 ° F.
Het temperatuurverschil tussen de boven- en ondergrenzen van de mantel vereist warmteoverdracht. Terwijl geleiding de meest voor de hand liggende methode voor warmteoverdracht lijkt, komt convectie ook voor in de mantel. Het warmere, minder dichte gesteente nabij de kern beweegt langzaam omhoog.
Relatief koeler gesteente van hoger in de mantel zakt langzaam naar de mantel. Naarmate het warmere materiaal stijgt, koelt het ook af, wordt het uiteindelijk opzij geschoven door warmer stijgend materiaal en zakt het terug naar de kern.
Mantelmateriaal stroomt langzaam, zoals dik asfalt of berggletsjers. Terwijl het mantelmateriaal vast blijft, laten de hitte en druk convectiestromen toe om het mantelmateriaal te verplaatsen. (Zie bronnen voor een mantelconvectiediagram.)
De tektonische platen verplaatsen
Platentektoniek geeft een verklaring voor de drijvende continenten van Wegener. Platentektoniek, in het kort, stelt dat het aardoppervlak in platen is opgedeeld. Elke plaat bestaat uit platen van lithosfeer, de rotsachtige buitenste laag van de aarde, die de korst en de bovenste mantel omvat. Deze lithosferische stukken bewegen bovenop de asthenosfeer, een plastic laag in de mantel.
Convectiestromen in de mantel bieden een potentiële drijvende kracht voor plaatbeweging. De plastische beweging van het mantelmateriaal beweegt als de stroom van berggletsjers en draagt de lithosferische platen mee terwijl de convectiebeweging in de mantel de asthenosfeer beweegt.
Slab pull, slab (greppel) zuiging en nok push kunnen ook bijdragen aan plaatbeweging. Slab pull en slab zuigkracht betekenen dat de massa van de dalende plaat de achterste lithosferische plaat over de asthenosfeer en in de subductiezone trekt.
Ridge Push zegt dat naarmate het minder dichte nieuwe magma dat naar het centrum van oceanische ruggen opstijgt, afkoelt, de dichtheid van het materiaal toeneemt. De verhoogde dichtheid versnelt de lithosferische plaat naar de subductiezone.
Convectiestromen en geografie
Warmteoverdracht vindt ook plaats in de atmosfeer en de hydrosfeer, om twee aardlagen te noemen waarin convectiestromen plaatsvinden. Stralingswarmte van de zon verwarmt het aardoppervlak. Die warmte wordt via geleiding overgedragen aan de aangrenzende luchtmassa. De opgewarmde lucht stijgt op en wordt vervangen door koelere lucht, waardoor convectiestromen in de atmosfeer ontstaan.
Evenzo draagt water opgewarmd door de zon warmte over aan lagere watermoleculen door geleiding. Naarmate de luchttemperatuur daalt, beweegt het warmere water eronder echter terug naar het oppervlak en zakt het koudere oppervlaktewater, waardoor seizoensgebonden convectiestromen in de hydrosfeer ontstaan.
Bovendien verplaatst de rotatie van de aarde warm water van de evenaar naar de polen, wat resulteert in oceaan stromingen die warmte van de evenaar naar de polen verplaatsen en koud water van de polen naar de evenaar.