Wat zijn convectiestromen?

Convectiestromen zijn bewegingen veroorzaakt door temperatuurveranderingen in vloeibare of gasvormige lichamen. In dergelijke lichamen neigt warmer materiaal naar boven, waardoor koelere materie wordt verplaatst, die elders wordt gecirculeerd; de continue beweging die door dit proces wordt gecreëerd, staat bekend als een convectiecel. Convectiestromen zijn verantwoordelijk voor veel fenomenen in de natuurlijke wereld, hoewel hun belang vaak over het hoofd wordt gezien. Oceanen, stormwolken en de aardkorst zijn allemaal grootschalige systemen die door deze stromingen worden beïnvloed. Op kleinere schalen kunnen ze worden waargenomen in een pot kokend water of een kopje koffie.

Warmte zorgt ervoor dat individuele moleculen van materie snel bewegen. In een vloeistof, wat in dit geval elke vloeibare of gasvormige substantie betekent, zetten deze verwarmde moleculen uit en worden minder dicht. Dit zorgt ervoor dat ze in de vloeistof opstijgen, waardoor eventueel aanwezige koelere moleculen worden verplaatst. Deze koelere moleculen zullen zich elders in de vloeistof verplaatsen; als ze een warmtebron tegenkomen, worden ze geagiteerd en stijgen ze op, terwijl de eerder verwarmde moleculen afkoelen en dalen. Dit effect creëert convectiecellen, die op hun beurt convectiestromen veroorzaken.

Convectiestromen veroorzaken de effecten die te zien zijn in een pan met water op een fornuis. Het water op de bodem van de pan, het dichtst bij de brander, warmt snel op en komt naar de oppervlakte. Bubbels demonstreren het roeren van verwarmde watermoleculen, die de warmte circuleren totdat al het water kookt. Het effect kan gemakkelijker worden waargenomen door room in een warme kop koffie te gieten. Zelfs zonder te roeren begint de room door de hetere koffie te circuleren en het kleurverschil in de twee vloeistoffen maakt de convectiepatronen gemakkelijk waar te nemen.

Op zeer grote schaal bepalen convectiestromen de beweging van de atmosfeer rond de aarde. Door de zon verwarmde lucht verplaatst zich naar koelere gebieden en gebieden, waardoor weerspatronen veranderen. Wolken worden gecreëerd wanneer warme, vocht dragende lucht stijgt en koelere lucht op grotere hoogten tegenkomt. De acties van convectiecellen op wolken kunnen onweersbuien en soms spectaculairdere gebeurtenissen veroorzaken. Tornado's en orkanen zijn beide het gevolg van de heftige agitatie van lucht en vocht veroorzaakt door warmte die door de atmosfeer beweegt.

Naast hun verschillende andere effecten zijn convectiestromen ook verantwoordelijk voor aardbevingen en seismische activiteit. Het aardoppervlak bestaat uit een reeks vaste landmassa's die drijven op stromingen van vloeibaar gesteente. Deze ondergrondse vloeistof, magma genaamd, is onderworpen aan de beweging van convectiecellen, net als andere vloeistoffen. Convectiestromen in het magma kunnen ervoor zorgen dat de landmassa's, tektonische platen, opkomen of tegen elkaar botsen. Dit kan leiden tot vulkaanuitbarstingen, aardbevingen en andere catastrofale seismische activiteit.