Vad är konvektionsströmmar?

Konvektionsströmmar är rörelser orsakade av temperaturförändringar i flytande eller gasformiga kroppar. I sådana kroppar tenderar varmare material att stiga och förskjuter kylare material, som cirkuleras någon annanstans; den kontinuerliga rörelsen som skapas genom denna process kallas en konvektionscell. Konvektionsströmmar är ansvariga för många fenomen i den naturliga världen, även om deras betydelse ofta förbises. Hav, stormmoln och jordskorpan är alla storskaliga system som påverkas av dessa strömmar. På mindre skalor kan de observeras i en kruka med kokande vatten eller en kopp kaffe.

Värme gör att enskilda materialmolekyler rör sig snabbt. I en vätska, vilket betyder i detta fall någon vätska eller gasformig substans, expanderar dessa uppvärmda molekyler och blir mindre täta. Detta får dem att stiga in i vätskan och förskjuter alla kylmolekyler som redan finns. Dessa kylare molekyler kommer att röra sig någon annanstans i vätskan; om de stöter på en värmekälla kommer de att agiteras och stiga medan de tidigare uppvärmda molekylerna svalnar och sjunker. Denna effekt skapar konvektionsceller, vilket i sin tur orsakar konvektionsströmmar.

Konvektionsströmmar orsakar de effekter som kan ses i en panna med vattenuppvärmning på en spis. Vattnet i botten av pannan, närmast brännaren, värms snabbt och stiger till ytan. Bubblor visar omrörning av uppvärmda vattenmolekyler, som cirkulerar värmen tills allt vattnet kokar. Effekten kan lättare observeras genom att hälla grädde i en varm kopp kaffe. Även utan omrörning börjar grädden cirkulera genom det hetare kaffet, och färgskillnaden i de två vätskorna gör konvektionsmönstren lätt att observera.

I mycket stor skala styr konvektionsströmmar atmosfärens rörelse runt jorden. Luft som värms upp av solen rör sig till kallare områden och områden, vilket gör att vädermönstret förändras. Moln skapas när varm fuktbärande luft stiger och möter svalare luft vid högre höjder. Konvektionscellens handlingar på moln kan orsaka åskväder och ibland mer spektakulära händelser. Tornadoes och orkaner är båda resultatet av den våldsamma agitationen av luft och fukt orsakad av värme som rör sig genom atmosfären.

Bland deras olika andra effekter är konvektionsströmmar också ansvariga för jordbävningar och seismisk aktivitet. Jordens yta består av en serie fasta landmassor som flyter på strömmar av flytande berg. Denna underjordiska vätska, kallad magma, är föremål för rörelse av konvektionsceller, precis som andra vätskor är. Konvektionsströmmar i magma kan få landsmassorna, kallade tektoniska plattor, att stiga eller kollidera med varandra. Detta kan resultera i vulkanutbrott, jordbävningar och annan katastrofisk seismisk aktivitet.