Vad är en konvektionscell?

Konvektionsprocessen är huvudmedlet för värmeöverföring i en vätska som utsätts för en värmekälla. Vanligtvis värms vätskan, som kan vara en vätska eller en gas, underifrån av en varm yta; temperaturökningen resulterar i en minskning i densitet, vilket får vätskan att stiga och svalare fluid flyter inåt för att ersätta den. När den stiger förlorar den värmen till omgivningarna och blir tätare och tyngre än vätskan under. Den kan inte stiga ned genom denna stigande vätska, så den sprider sig horisontellt innan den faller tillbaka mot ytan och dras mot dess utgångspunkt av den stigande vätskan. Detta system är känt som en konvektionscell och är ett kännetecken för vätskedynamik som kan observeras i olika situationer, från vatten som värms upp i en kruka till processer i planet- eller stjärnskala.

Jordens atmosfär har konvektionsceller i stor skala: ekvatorområdena får mer värme från solen än polerna, vilket får varm luft att stiga och flyter mot högre breddegrader, där den faller tillbaka till ekvatorn och bildar en enorm konvektionscell på vardera sida. Dessa är kända som Hadley-celler. Vattenånga i den stigande luften kondenserar när luften svalnar i högre höjder och kan bilda höga cumulonimbusmoln som producerar åskväder. Luften sjunker vanligtvis cirka 30 grader norr och söder om ekvatorn, då den har förlorat det mesta av sin fukt; som ett resultat är dessa regioner vanligtvis torra och innehåller några av världens stora öknar. Den efterföljande rörelsen av luft tillbaka mot ekvatorn är ansvarig för handelsvindarna.

Värme från jordens kärna upprätthåller cirkulationen av hett, flytande berg i den övre manteln och bildar konvektionsceller under jordskorpan. Den resulterande rörelsen av smält eller halvsmält sten driver den process som kallas plattaktonik som är ansvarig för att dela jordskorpan i kontinentala "plattor" som rör sig relativt varandra. Detta fenomen är ansvarigt för jordbävningar och vulkanisk aktivitet. Områden på jordytan som sitter direkt ovanför en konvektionscell kan delas och röra sig isär och bilda nya plattor, till exempel i Afrikas Rift Valley. En befintlig platta som drivs av konvektionsströmmar nedan kan pressa in i en annan platta och bygga bergskedjor som Himalaya.

Konvektionsceller finns också i solen. Bilder av solens yta avslöjar en granulär struktur som består av ljusa, heta områden omgiven av mörkare, kallare gränser. Varje granul indikerar toppen av en konvektionscell som bildas av plasma som upphettas underifrån och stiger till ytan, kyler sedan sprids ut och faller ner igen vid gränsen.