Hvad er en konvektionscelle?

Konvektionsprocessen er det vigtigste middel til varmeoverførsel i en væske, der udsættes for en varmekilde. Normalt opvarmes væsken, der kan være en væske eller en gas nedenfra af en varm overflade; stigningen i temperatur resulterer i et fald i densitet, hvilket får fluidet til at stige og køleren flyder indad for at erstatte den. Når den stiger, mister den varme til omgivelserne og bliver tættere og tungere end væsken nedenfor. Den kan ikke stige ned gennem denne stigende væske, så den spreder sig vandret, før den falder tilbage mod overfladen og bliver trukket mod dens udgangspunkt af den stigende væske. Dette system er kendt som en konvektionscelle og er et træk ved væskedynamik, der kan observeres i forskellige situationer, fra vand, der opvarmes i en gryde til processer i planetarisk eller stjerneskala.

Jordens atmosfære har konvektionsceller i stor skala: Ækvatorialregionerne modtager mere varme fra solen end polerne, hvilket får varm luft til at stige og derefter strømme mod højere breddegrader, hvor den falder tilbage til at strømme tilbage mod ækvator og danner en enorm konvektionscelle på hver side. Disse er kendt som Hadley-celler. Vanddamp i den stigende luft kondenseres, når luften afkøles i højere højder og kan danne tårnhøje cumulonimbusskyer, der producerer tordenvejr. Luften falder generelt omkring 30 grader nord og syd for ækvator, på hvilket tidspunkt den har mistet det meste af sin fugtighed; som et resultat er disse regioner normalt tørre og indeholder nogle af verdens store ørkener. Den efterfølgende bevægelse af luft tilbage mod ækvator er ansvarlig for handelsvindene.

Varme fra jordens kerne opretholder cirkulationen af ​​varm, flydende sten i den øverste mantel og danner konvektionsceller under skorpen. Den resulterende bevægelse af smeltet eller halvsmeltet sten driver processen kendt som pladetektonik, der er ansvarlig for at opdele skorpen i kontinentale “plader”, der bevæger sig i forhold til hinanden. Dette fænomen er ansvarlig for jordskælv og vulkanaktivitet. Områder på jordoverfladen, der sidder direkte over en konvektionscelle, kan splitte og bevæge sig fra hinanden og danne nye plader, såsom i Afrikas Rift Valley. En eksisterende plade, fremdrevet af konvektionsstrømme nedenfor, kan skubbe ind i en anden plade og bygge bjergkæder som Himalaya.

Konvektionsceller findes også i solen. Billeder af solens overflade afslører en granulær struktur, der består af lyse, varme områder omgivet af mørkere, køligere grænser. Hver granule angiver toppen af ​​en konvektionscelle dannet af plasma, der opvarmes nedenunder og stiger til overfladen, afkøles og derefter spreder sig ud og falder ned ved grænsen.