อะไรทำให้เกิดกระแสการพาความร้อนบนเสื้อคลุม?

เมื่อ Alfred Wegener เสนอครั้งแรกว่าทวีปต่างๆ เคลื่อนเข้าสู่ตำแหน่งปัจจุบัน มีเพียงไม่กี่คนที่ฟัง ท้ายที่สุดแล้ว พลังอะไรที่สามารถเคลื่อนย้ายบางสิ่งที่ใหญ่เท่ากับทวีปได้?

แม้ว่าเขาจะมีชีวิตอยู่ได้ไม่นานพอที่จะได้รับการพิสูจน์ การเคลื่อนตัวของทวีปตามสมมติฐานของ Wegener ก็พัฒนาขึ้นในทฤษฎีการแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก กลไกหนึ่งในการเคลื่อนย้ายทวีปนั้นเกี่ยวข้องกับกระแสการพาความร้อนในเสื้อคลุม

ความร้อนเคลื่อนจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า กลไกสามประการในการถ่ายเทความร้อน ได้แก่ การแผ่รังสี การนำความร้อน และการพาความร้อน

การแผ่รังสีเคลื่อนพลังงานโดยไม่สัมผัสกันระหว่างอนุภาค เช่น การแผ่รังสีของพลังงานจากดวงอาทิตย์มายังโลกผ่านสุญญากาศของอวกาศ

การนำส่งพลังงานจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่งผ่านการสัมผัส โดยไม่มีการเคลื่อนที่ของอนุภาค เหมือนกับเมื่อพื้นดินหรือน้ำที่มีแสงแดดอุ่นทำให้อากาศร้อนโดยตรงด้านบน

การพาความร้อนเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอนุภาค เมื่ออนุภาคได้รับความร้อน โมเลกุลจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นและเร็วขึ้น และเมื่อโมเลกุลเคลื่อนออกจากกัน ความหนาแน่นจะลดลง วัสดุที่อุ่นกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงกว่าตัวทำความเย็นโดยรอบ ในขณะที่การพาความร้อนโดยทั่วไปหมายถึงการไหลของของไหลที่เกิดขึ้นในก๊าซและของเหลว การพาความร้อนในของแข็งเช่นเสื้อคลุมเกิดขึ้นแต่ในอัตราที่ช้ากว่า

ความร้อนในเสื้อคลุมมาจากแกนนอกที่หลอมละลายของโลก การสลายตัวของธาตุกัมมันตภาพรังสี และในเสื้อคลุมชั้นบน จะเกิดการเสียดสีจากแผ่นเปลือกโลกที่เคลื่อนลงมา ความร้อนในแกนชั้นนอกเป็นผลมาจากพลังงานที่เหลือจากเหตุการณ์ก่อตัวของโลกและพลังงานที่เกิดจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี ความร้อนนี้ทำให้ฐานของเสื้อคลุมอุ่นขึ้นประมาณ 7,230 องศาฟาเรนไฮต์ ที่ขอบเปลือกโลก อุณหภูมิของเสื้อคลุมอยู่ที่ประมาณ 392 องศาฟาเรนไฮต์

ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างขอบบนและล่างของเสื้อคลุมจำเป็นต้องถ่ายเทความร้อน ในขณะที่การนำความร้อนดูเหมือนจะเป็นวิธีที่ชัดเจนกว่าสำหรับการถ่ายเทความร้อน การพาความร้อนก็เกิดขึ้นในเสื้อคลุมด้วย วัสดุหินที่อุ่นกว่าและมีความหนาแน่นน้อยกว่าใกล้กับแกนจะค่อยๆ เคลื่อนขึ้นด้านบน

หินที่ค่อนข้างเย็นจากที่สูงในเสื้อคลุมจะค่อยๆ จมลงสู่เสื้อคลุม เมื่อวัสดุที่อุ่นขึ้นจะเย็นตัวลง ในที่สุดก็ผลักกันโดยวัสดุที่อุ่นขึ้นและจมลงสู่แกนกลาง

วัสดุปกคลุมไหลช้า เช่น แอสฟัลต์หนาหรือธารน้ำแข็งบนภูเขา ในขณะที่วัสดุเสื้อคลุมยังคงเป็นของแข็ง ความร้อนและความดันช่วยให้กระแสการพาความร้อนเคลื่อนวัสดุเสื้อคลุมได้ (ดูแหล่งข้อมูลสำหรับแผนภาพการพาความร้อนของเสื้อคลุม)

การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลกให้คำอธิบายเกี่ยวกับทวีปที่ล่องลอยของเวเกเนอร์ การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก กล่าวโดยสังเขปว่าพื้นผิวโลกแตกเป็นแผ่น แผ่นเปลือกโลกแต่ละแผ่นประกอบด้วยแผ่นเปลือกโลกซึ่งเป็นชั้นหินชั้นนอกของโลก ซึ่งรวมถึงเปลือกโลกและเสื้อคลุมชั้นบนสุด ชิ้นส่วนของธรณีสัณฐานเหล่านี้เคลื่อนตัวอยู่บนชั้นแอสเธโนสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นพลาสติกภายในเสื้อคลุม

กระแสการพาความร้อนภายในเสื้อคลุมทำให้เกิดแรงผลักดันหนึ่งประการสำหรับการเคลื่อนที่ของจาน การเคลื่อนที่แบบพลาสติกของวัสดุปกคลุมจะเคลื่อนที่เหมือนกับการไหลของธารน้ำแข็งบนภูเขา โดยเคลื่อนแผ่นธรณีธรณีธรณีไปพร้อมกับการหมุนเวียนของมวลอากาศในชั้นบรรยากาศที่เคลื่อนตัวของชั้นบรรยากาศโลก

การดึงแผ่นพื้น การดูดแผ่นพื้น (ร่องลึก) และการผลักสันอาจส่งผลให้จานเคลื่อนได้เช่นกัน การดึงแผ่นพื้นและการดูดแผ่นพื้นหมายความว่ามวลของแผ่นจากมากไปน้อยจะดึงแผ่นธรณีธรณีธรณีภาคที่ลากผ่านชั้นบรรยากาศแอสเทโนสเฟียร์และเข้าไปในเขตมุดตัว

Ridge push กล่าวว่าเมื่อแมกมาใหม่ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าซึ่งเพิ่มขึ้นสู่ศูนย์กลางของสันเขาในมหาสมุทรเย็นตัวลง ความหนาแน่นของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นจะเร่งแผ่นธรณีภาคไปสู่เขตมุดตัว

การถ่ายเทความร้อนยังเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์เพื่อตั้งชื่อโลกสองชั้นที่มีกระแสพาความร้อนเกิดขึ้น ความร้อนจากดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกอุ่นขึ้น ความร้อนนั้นจะถ่ายโอนไปยังมวลอากาศที่อยู่ติดกันโดยการนำความร้อน อากาศอุ่นขึ้นและแทนที่ด้วยอากาศเย็น ทำให้เกิดกระแสหมุนเวียนในบรรยากาศ

ในทำนองเดียวกัน น้ำอุ่นจากดวงอาทิตย์จะถ่ายเทความร้อนไปยังโมเลกุลของน้ำที่ต่ำกว่าผ่านการนำความร้อน เมื่ออุณหภูมิของอากาศลดลง น้ำอุ่นที่อยู่ด้านล่างจะเคลื่อนกลับไปยังพื้นผิวและน้ำผิวดินที่เย็นกว่าจะจมลง ทำให้เกิดกระแสหมุนเวียนตามฤดูกาลในไฮโดรสเฟียร์

นอกจากนี้ การหมุนของโลกทำให้น้ำอุ่นจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้วทำให้เกิดมหาสมุทร กระแสน้ำที่เคลื่อนความร้อนจากเส้นศูนย์สูตรไปยังขั้วและดันน้ำเย็นจากขั้วไปทาง เส้นศูนย์สูตร.