Kiedy Alfred Wegener po raz pierwszy zaproponował, że kontynenty zdryfowały na swoje obecne pozycje, niewiele osób słuchało. W końcu jaka siła mogłaby poruszyć coś tak dużego jak kontynent?
Chociaż nie żył wystarczająco długo, aby zostać usprawiedliwiony, hipotetyczny dryf kontynentalny Wegenera rozwinął się w teorii tektoniki płyt. Jeden z mechanizmów przemieszczania kontynentów obejmuje prądy konwekcyjne w płaszczu.
Przenoszenie ciepła lub przenoszenie ciepła
Ciepło przemieszcza się z obszarów o wyższej temperaturze do obszarów o niższej temperaturze. Trzy mechanizmy wymiany ciepła to promieniowanie, przewodzenie i konwekcja.
Promieniowanie przenosi energię bez kontaktu między cząsteczkami, podobnie jak promieniowanie energii ze Słońca na Ziemię przez próżnię kosmiczną.
Przewodzenie przenosi energię z jednej cząsteczki do drugiej poprzez kontakt, bez ruchu cząstek, jak wtedy, gdy nagrzany słońcem ląd lub woda ogrzewa powietrze bezpośrednio nad nim.
Konwekcja zachodzi poprzez ruch cząstek. Gdy cząstki się nagrzewają, molekuły poruszają się coraz szybciej, a gdy molekuły się od siebie oddalają, gęstość maleje. Cieplejszy, mniej gęsty materiał unosi się w porównaniu do otaczającego go chłodniejszego materiału o większej gęstości. Podczas gdy konwekcja ogólnie odnosi się do przepływu płynu występującego w gazach i cieczach, konwekcja w ciałach stałych, takich jak płaszcz, występuje, ale z mniejszą szybkością.
Prądy konwekcyjne w płaszczu
Ciepło w płaszczu pochodzi z roztopionego zewnętrznego jądra Ziemi, rozpadu pierwiastków radioaktywnych oraz, w górnym płaszczu, tarcia z opadających płyt tektonicznych. Ciepło w jądrze zewnętrznym wynika z energii szczątkowej pochodzącej ze zdarzeń kształtujących Ziemię oraz energii generowanej przez rozpadające się pierwiastki promieniotwórcze. To ciepło ogrzewa podstawę płaszcza do około 7,230 ° F. Na granicy płaszcz-skorupa. temperatura płaszcza jest szacowana na 392°F.
Różnica temperatur między górną i dolną granicą płaszcza wymaga wymiany ciepła. Chociaż przewodzenie wydaje się bardziej oczywistą metodą przekazywania ciepła, konwekcja zachodzi również w płaszczu. Cieplejszy, mniej gęsty materiał skalny w pobliżu jądra powoli przesuwa się w górę.
Stosunkowo chłodniejsza skała z wyższej części płaszcza powoli opada w kierunku płaszcza. Gdy cieplejszy materiał się unosi, ochładza się, ostatecznie odpychany przez cieplejszy materiał wznoszący się i opada z powrotem w kierunku rdzenia.
Materiał płaszcza płynie powoli, jak gruby asfalt lub lodowce górskie. Podczas gdy materiał płaszcza pozostaje w stanie stałym, ciepło i ciśnienie pozwalają prądom konwekcyjnym na przemieszczanie materiału płaszcza. (Zobacz Zasoby dla diagramu konwekcji płaszcza.)
Przenoszenie płyt tektonicznych
Tektonika płyt zapewnia wyjaśnienie dryfujących kontynentów Wegenera. Tektonika płyt mówi w skrócie, że powierzchnia Ziemi jest podzielona na płyty. Każda płyta składa się z płyt litosfery, skalistej zewnętrznej warstwy Ziemi, która obejmuje skorupę i najwyższy płaszcz. Te fragmenty litosfery poruszają się na astenosferze, plastikowej warstwie wewnątrz płaszcza.
Prądy konwekcyjne w płaszczu stanowią jedną potencjalną siłę napędową ruchu płyty. Plastyczny ruch materiału płaszcza porusza się jak ruch lodowców górskich, przenosząc płyty litosferyczne, podczas gdy ruch konwekcyjny w płaszczu porusza astenosferę.
Ciągnięcie płyty, ssanie płyty (wykopu) i pchanie kalenicy mogą również przyczyniać się do ruchu płyty. Ciągnięcie płyty i ssanie płyty oznacza, że masa opadającej płyty ciągnie spływającą płytę litosferyczną przez astenosferę i do strefy subdukcji.
Ridge push mówi, że gdy mniej gęsta nowa magma wznosząca się do środka grzbietów oceanicznych ochładza się, gęstość materiału wzrasta. Zwiększona gęstość przyspiesza płytę litosferyczną w kierunku strefy subdukcji.
Prądy konwekcyjne i geografia
Wymiana ciepła zachodzi również w atmosferze i hydrosferze, by wymienić dwie warstwy ziemi, w których zachodzą prądy konwekcyjne. Promieniowanie słoneczne ogrzewa powierzchnię Ziemi. Ciepło to przenosi się na sąsiednią masę powietrza poprzez przewodnictwo. Ogrzane powietrze unosi się i jest zastępowane przez chłodniejsze, tworząc w atmosferze prądy konwekcyjne.
Podobnie woda podgrzana przez słońce przekazuje ciepło niższym cząsteczkom wody poprzez przewodnictwo. Jednak wraz ze spadkiem temperatury powietrza cieplejsza woda w dole przemieszcza się z powrotem w kierunku powierzchni, a zimniejsza woda powierzchniowa opada, tworząc sezonowe prądy konwekcyjne w hydrosferze.
Ponadto ruch obrotowy Ziemi przesuwa ciepłą wodę z równika w kierunku biegunów, co skutkuje powstaniem oceanu prądy, które przenoszą ciepło z równika na bieguny i popychają zimną wodę z biegunów w kierunku równik.