Co to jest konwekcja płaszczowa?
Konwekcja płaszczowa to proces, w którym ciepło z jądra Ziemi jest przenoszone w górę na powierzchnię. Uważa się, że podgrzewanie płaszcza przez rdzeń tworzy komórki konwekcyjne, w których gorący materiał płaszcza unosi się, chłodząc się w miarę, w kierunku skorupy, aż osiągnie mniej gęsty materiał, w którym to momencie rozciąga się, a następnie opada. Podobne procesy można zaobserwować w dowolnym płynie powyżej gorącej lub ciepłej powierzchni - na przykład w atmosferze. Zakłada się, że konwekcja płaszcza jest odpowiedzialna za tektonikę płyt i dryf kontynentalny, a także wulkanizm.
Ziemia składa się z trzech głównych warstw: rdzenia, płaszcza i skorupy. Uważa się, że rdzeń składa się głównie z żelaza i niklu, ale z dużym udziałem pierwiastków promieniotwórczych; rozpad tych pierwiastków, wraz z ciepłem pozostałym z formacji Ziemi, utrzymują rdzeń w wysokiej temperaturze - przypuszczalnie wynoszącej od 5 432 do 10 832 ° F (od 3 000 do 6 000 ° C). Nad rdzeniem znajduje się płaszcz, warstwa z gorącego metalicznego materiału krzemianowego o grubości 1800 mil (2 900 km), uważanego za zasadniczo płynny w swoich górnych odcinkach, ale prawdopodobnie stały w dolnej części. Najwyższą warstwą jest skorupa, solidna warstwa mniej gęstego materiału, która unosi się na płaszczu. Składa się ze skorupy oceanicznej - dna oceanu - grubości 6–11 km (4–7 mil) i skorupy kontynentalnej (30 km).
Skorupę rozbija się na płyty kontynentalne, które w całej historii geologicznej powoli poruszały się względem siebie, dzieląc się i łącząc, prawdopodobnie pod wpływem procesów konwekcyjnych w płaszczu. Uważa się, że tam, gdzie podnoszący się materiał płaszcza zbliża się do skorupy, ruch rozszerzający się na zewnątrz powoduje, że części skorupy po obu stronach rozsuwają się. Uważa się, że Ocean Atlantycki uformował się w ten sposób i proces ten trwa do dziś, a nową skorupę oceaniczną tworzy materiał płaszcza wzdłuż grzbietu środkowoatlantyckiego. Istnieje również wiele „gorących punktów”, w których materiał płaszcza tworzy nową powierzchnię na powierzchni - na przykład Islandia i Hawaje. W niektórych obszarach - takich jak zachodnie wybrzeże Ameryki Południowej - części skorupy oceanicznej mogą ześlizgnąć się pod skorupę kontynentalną i zejść głęboko w płaszcz; są one znane jako strefy subdukcji.
Chociaż ruch płyt tektonicznych jest dobrze ustalony i poparty obserwowalnymi dowodami, nie można bezpośrednio badać procesów zachodzących w płaszczu Ziemi, które napędzają tektonikę. Wydaje się wysoce prawdopodobne, że tam działają procesy konwekcyjne, ale ich dokładna natura pozostaje niejasna. W badaniach konwekcji płaszcza należy stosować metody pośrednie, takie jak zachowanie fal sejsmicznych i analizę chemiczną materiału płaszcza, który został wytłoczony na powierzchni w wyniku aktywności wulkanicznej. Stwierdzono, że próbki materiału płaszcza pobrane z różnych lokalizacji różnią się chemicznie. Wydaje się to kolidować z modelami teoretycznymi, w których konwekcja zachodzi na całej głębokości płaszcza, ponieważ powinno to prowadzić do dokładnego wymieszania materiału, w wyniku czego powstanie chemicznie jednorodna magma.
Teoria konwekcji płaszcza musi wyjaśniać zmienny skład chemiczny materiału płaszcza, jednocześnie zgadzając się z innymi obserwacjami i fizycznymi ograniczeniami co do struktury płaszcza. W niektórych modelach istnieją odrębne warstwy, z konwekcją zachodzącą w górnej warstwie i pióropuszami materiału unoszącymi się z dolnej warstwy. Inne dotyczą „kropel” starożytnego, głębokiego materiału unoszącego się w górnym płaszczu. Niekompletne mieszanie subdukowanej skorupy oceanicznej z materiałem płaszcza może również odgrywać pewną rolę. Konwekcja płaszczowa jest obszarem aktywnych badań i od 2011 roku nie ma konsensusu co do szczegółów tego procesu.