Che cos'è una cella di convezione?
Il processo di convezione è il principale mezzo di trasferimento di calore all'interno di un fluido esposto a una fonte di calore. Di solito, il fluido, che può essere un liquido o un gas, viene riscaldato dal basso da una superficie calda; l'aumento della temperatura provoca una diminuzione della densità, causando l'aumento del fluido e il flusso del fluido più freddo verso l'interno per sostituirlo. Man mano che sale, perde calore nell'ambiente circostante, diventando più denso e pesante del fluido sottostante. Non può scendere attraverso questo fluido ascendente, quindi si diffonde orizzontalmente prima di ricadere verso la superficie e essere attratto verso il suo punto iniziale dal fluido ascendente. Questo sistema è noto come cella di convezione ed è una caratteristica della fluidodinamica che può essere osservata in una varietà di situazioni, dall'acqua che viene riscaldata in una pentola ai processi su scala planetaria o stellare.
L'atmosfera terrestre presenta celle di convezione su vasta scala: le regioni equatoriali ricevono più calore dal sole rispetto ai poli, causando l'innalzamento dell'aria calda quindi il flusso verso latitudini più elevate, dove scende per fluire indietro verso l'equatore, formando un'enorme cellula di convezione da entrambe le parti. Queste sono conosciute come cellule Hadley. Il vapore acqueo nell'aria in aumento si condensa mentre l'aria si raffredda ad altitudini più elevate e può formare imponenti cumulonembi che producono temporali. L'aria generalmente scende a circa 30 gradi a nord e sud dell'equatore, a quel punto ha perso gran parte della sua umidità; di conseguenza, queste regioni sono generalmente aride e contengono alcuni dei grandi deserti del mondo. Il successivo movimento dell'aria indietro verso l'equatore è responsabile degli alisei.
Il calore proveniente dal nucleo terrestre mantiene la circolazione di roccia calda e fluida nel mantello superiore, formando cellule di convezione sotto la crosta. Il movimento risultante di roccia fusa o semi-fusa guida il processo noto come tettonica a zolle che è responsabile della divisione della crosta in "piastre" continentali che si muovono l'una rispetto all'altra. Questo fenomeno è responsabile dei terremoti e dell'attività vulcanica. Le aree della superficie terrestre che si trovano direttamente sopra una cellula di convezione possono dividersi e spostarsi, formando nuove lastre, come nella Rift Valley africana. Una piastra esistente, spinta dalle correnti di convezione sottostanti, può spingere in un'altra piastra, costruendo catene montuose come l'Himalaya.
Le cellule di convezione esistono anche al sole. Le immagini della superficie del sole rivelano una struttura granulare costituita da aree calde e luminose circondate da confini più scuri e più freddi. Ogni granulo indica la parte superiore di una cellula di convezione formata da plasma che viene riscaldato dal basso e sale in superficie, raffreddandosi quindi diffondendosi e scendendo nuovamente al confine.