Когда Альфред Вегенер впервые предположил, что континенты сместились в их нынешнее положение, мало кто их слушал. В конце концов, какая возможная сила может сдвинуть что-то размером с континент?
Хотя он не прожил достаточно долго, чтобы быть оправданным, гипотетический дрейф континентов Вегенера развился в теории тектоники плит. Один из механизмов перемещения континентов связан с конвекционными потоками в мантии.
Теплопередача или движущееся тепло
Тепло перемещается из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. Три механизма передачи тепла - это излучение, теплопроводность и конвекция.
Излучение перемещает энергию без контакта между частицами, как излучение энергии от Солнца на Землю через космический вакуум.
Проводимость передает энергию от одной молекулы к другой через контакт, без движения частиц, как когда нагретая солнцем земля или вода нагревают воздух прямо над ними.
Конвекция происходит за счет движения частиц. По мере того, как частицы нагреваются, молекулы движутся все быстрее и быстрее, а по мере того, как молекулы расходятся, плотность уменьшается. Более теплый и менее плотный материал поднимается вверх по сравнению с окружающим более холодным и более плотным материалом. В то время как конвекция обычно относится к потоку текучей среды, происходящему в газах и жидкостях, конвекция в твердых телах, таких как мантия, происходит, но с меньшей скоростью.
Конвекционные токи в мантии.
Тепло в мантии исходит от расплавленного внешнего ядра Земли, распада радиоактивных элементов и, в верхней мантии, от трения нисходящих тектонических плит. Тепло во внешнем ядре возникает из-за остаточной энергии от процессов формирования Земли и энергии, генерируемой распадающимися радиоактивными элементами. Это тепло нагревает основание мантии примерно до 7230 ° F. На границе мантия-кора. температура мантии оценивается в 392 ° F.
Разница температур между верхней и нижней границами мантии требует теплопередачи. Хотя теплопроводность кажется более очевидным методом передачи тепла, конвекция также происходит в мантии. Более теплый и менее плотный материал породы около ядра медленно движется вверх.
Относительно более холодная порода из более высоких слоев мантии медленно опускается к мантии. По мере того, как более теплый материал поднимается, он также охлаждается, в конечном итоге отталкиваясь более теплым поднимающимся материалом и опускаясь обратно к сердцевине.
Материал мантии течет медленно, как толстый асфальт или горные ледники. Пока материал мантии остается твердым, тепло и давление позволяют конвекционным потокам перемещать материал мантии. (См. Раздел Ресурсы для получения диаграммы конвекции в мантии.)
Перемещение тектонических плит
Тектоника плит объясняет дрейфующие континенты Вегенера. Короче говоря, тектоника плит утверждает, что поверхность Земли разбита на плиты. Каждая плита состоит из плит литосферы, скалистого внешнего слоя Земли, который включает кору и самую верхнюю мантию. Эти части литосферы движутся поверх астеносферы, пластикового слоя внутри мантии.
Конвекционные токи в мантии создают одну потенциальную движущую силу для движения плит. Пластическое движение материала мантии движется подобно потоку горных ледников, увлекая литосферные плиты по мере того, как конвекционное движение в мантии перемещает астеносферу.
Вытягивание плиты, всасывание плиты (траншеи) и толкание гребня также могут способствовать перемещению плиты. Вытягивание плиты и всасывание плиты означают, что масса нисходящей плиты тянет заднюю литосферную плиту через астеносферу в зону субдукции.
Ридж-толчок говорит о том, что по мере охлаждения менее плотной новой магмы, поднимающейся в центр океанических хребтов, плотность материала увеличивается. Повышенная плотность ускоряет литосферную плиту к зоне субдукции.
Конвекционные токи и география
Теплообмен также происходит в атмосфере и гидросфере, если назвать два слоя земли, в которых имеют место конвекционные потоки. Лучистое тепло Солнца нагревает поверхность Земли. Это тепло передается прилегающей воздушной массе посредством теплопроводности. Нагретый воздух поднимается вверх и заменяется более холодным, создавая в атмосфере конвекционные потоки.
Точно так же вода, нагретая солнцем, передает тепло нижним молекулам воды за счет теплопроводности. Однако при понижении температуры воздуха более теплая вода внизу движется обратно к поверхности, а более холодная поверхностная вода опускается вниз, создавая сезонные конвекционные потоки в гидросфере.
Кроме того, вращение Земли перемещает теплую воду от экватора к полюсам, в результате чего образуется океан. течения, которые перемещают тепло от экватора к полюсам и выталкивают холодную воду от полюсов к полюсам. экватор.