Коли Альфред Вегенер вперше припустив, що континенти змістилися на їхні нинішні позиції, мало хто слухав. Зрештою, яка можлива сила може рухати щось таке велике, як континент?
Незважаючи на те, що він прожив недостатньо довго, щоб бути виправданим, висунутий континентальний дрейф Вегенера еволюціонував у теорії тектоніки плит. Один із механізмів переміщення материків передбачає конвекційні струми в мантії.
Передача тепла або переміщення тепла
Тепло переміщується з областей з підвищеною температурою в області з нижчою температурою. Три механізми теплопередачі - це випромінювання, провідність і конвекція.
Випромінювання рухає енергію без контакту між частинками, подібно випромінюванню енергії від Сонця до Землі через вакуум космосу.
Провідність передає енергію від однієї молекули до іншої через контакт, без руху частинок, як коли нагріта сонцем земля або вода нагрівають повітря безпосередньо над ним.
Конвекція відбувається за рахунок руху частинок. У міру нагрівання частинок молекули рухаються все швидше і швидше, а коли молекули розходяться, щільність зменшується. Тепліший, менш щільний матеріал піднімається в порівнянні з навколишнім більш прохолодним матеріалом з більшою щільністю. Хоча конвекція, як правило, відноситься до потоку рідини, що відбувається в газах і рідинах, конвекція у твердих речовинах, як мантія, відбувається, але з меншою швидкістю.
Конвекційні струми в мантії
Тепло в мантії надходить від розплавленого зовнішнього ядра Землі, розпад радіоактивних елементів і, у верхній мантії, тертя від низхідних тектонічних плит. Тепло у зовнішньому ядрі виникає в результаті залишкової енергії, що формується на Землі, та енергії, що генерується при розпаді радіоактивних елементів. Це тепло нагріває основу мантії до приблизно 7 230 ° F. На межі мантія-кора. температура мантії становить, за оцінками, 392 ° F.
Різниця температур між верхньою і нижньою межами мантії вимагає передачі тепла. Хоча провідність здається більш очевидним методом передачі тепла, конвекція також відбувається в мантії. Тепліший, менш щільний гірський матеріал біля ядра повільно рухається вгору.
Порівняно прохолодніша гірська порода зверху в мантії повільно тоне до мантії. У міру підйому теплого матеріалу він також охолоджується, з часом відштовхуючись теплішим матеріалом і опускаючись назад до серцевини.
Мантійний матеріал тече повільно, як густий асфальт або гірські льодовики. Поки мантійний матеріал залишається твердим, тепло і тиск дозволяють конвекційним струмам рухати мантійний матеріал. (Див. "Ресурси" для схеми конвекції мантії.)
Переміщення тектонічних плит
Тектоніка плит дає пояснення дрейфуючих материків Вегенера. Тектоніка плит, коротко кажучи, стверджує, що поверхня Землі розбита на пластини. Кожна плита складається з плит літосфери, кам’янистого зовнішнього шару Землі, що включає земну кору і саму верхню мантію. Ці літосферні шматки рухаються поверх астеносфери, пластичного шару всередині мантії.
Конвекційні струми всередині мантії забезпечують одну потенційну рушійну силу руху пластини. Пластичний рух матеріалу мантії рухається подібно потоку гірських льодовиків, несучи літосферні плити вздовж, коли конвекційний рух в мантії рухає астеносферу.
Потягнення плити, всмоктування плити (траншеї) та штовхання хребта також можуть сприяти руху плити. Тяга плити та всмоктування плити означають, що маса спадаючої плити витягує відстаючу літосферну плиту через астеносферу та в зону субдукції.
Підштовхування хребта говорить, що, коли менш щільна нова магма, що піднімається в центр океанічних хребтів, охолоджується, щільність матеріалу зростає. Підвищена щільність прискорює літосферну плиту до зони субдукції.
Конвекційні течії та географія
Теплообмін також відбувається в атмосфері та гідросфері, щоб назвати два шари землі, в яких відбуваються конвекційні течії. Променеве нагрівання від Сонця нагріває поверхню Землі. Це тепло передається в сусідню повітряну масу за допомогою провідності. Нагріте повітря піднімається і замінюється більш прохолодним, створюючи в атмосфері струми конвекції.
Подібним чином вода, нагріта сонцем, передає тепло за рахунок провідності нижчим молекулам води. Однак, коли температура повітря падає, тепліша вода знизу повертається до поверхні, а холодна поверхнева вода тоне, створюючи сезонні конвекційні течії в гідросфері.
Крім того, обертання Землі переміщує теплу воду від екватора до полюсів, в результаті чого виникає океан течії, які переміщують тепло від екватора до полюсів і штовхають холодну воду з полюсів до екватор.