Audrų, škvalo ir krušos variklis – kas yra konvekcija? Vaidina svarbesnį vaidmenį gyvenime nei pagalvotumėte: nuo tektoninių plokščių judėjimo iki kavos puodelio, šaldytuvo ir spragintų kukurūzų (Foto, Video)

Konvekcija mūsų planetoje

Kai suformavo mūsų planeta, ją sudarė karštos išlydytos uolienos, kurių temperatūra viršijo tūkstančius laipsnių, ir bėgant metams jos palaipsniui atvėso.

Pasak JAV Nacionalinės vandenynų ir atmosferos administracijos, kai susiformavo Mėnulis, Žemės temperatūra galėjo būti apie 2300 Kelvinų (apie 2027 laipsnių Celsijaus).

Žemės paviršiaus temperatūra dabar yra vėsi, tačiau ji vis tiek išlaiko šilumą, sukauptą dar nuo jos susiformavimo pradžios.

Kai Žemė pradėjo formuotis maždaug prieš 4,5 milijardo metų, geležis ir nikelis greitai atsiskyrė nuo kitų uolienų ir mineralų ir sudarė naujos planetos šerdį. Ištirpusi medžiaga, supusi šerdį, buvo ankstyvoji mantija. Per milijonus metų mantija atvėso ir sustingo.

Nors konvekcija dažniausiai yra vientisa, mantijoje vyksta konvekcija, kai šiluma perduodama iš baltai įkaitusios šerdies į trapią litosferą. Kadangi mantija yra šildoma iš apačios ir aušinama iš viršaus, jos bendra temperatūra per ilgą laiką mažėja.

Pagal vieną modelį konvekcinė sistema egzistuoja tarp šaltų ir karštų ribinių sluoksnių, dar vadinamų šiluminių ribų sluoksniais (TBL). Šilumos konvekcija, vykstanti per didelius šiluminius gradientus per TBL, yra šilumos perdavimo mechanizmas. Šilumos energija konvekcijos būdu juda per TBL, į mantiją ir iš jos.

Konvekcinės srovės perkelia karštą, plūduriuojančią magmą į litosferą (Žemės paviršių) ties plokščių ribomis ir karštais taškais. Konvekcinės srovės subdukcijos metu taip pat perneša tankesnę, vėsesnę medžiagą iš plutos į Žemės vidų. Šis mantijos konvekcijos procesas verčia tektonines plokštes judėti aplink Žemės paviršių.

Taigi mantija veikia kaip šilumos perdavimo būdas planetoje ir lemia įvairius svarbius geologinius procesus, tokius kaip ugnikalnių išsiveržimai, judėjimas tektoninėse plokštėse, tektoninius trūkiai, žemės drebėjimai ir kt.

Konvekcijos Žemės mantijoje teoriją iš pradžių pasiūlė britų geologas Arthuras Holmesas, kuris palaikė ir toliau plėtojo Alfredo Wegenerio žemyno dreifo teoriją.

Holmsas nustatė, kad mantija juda, nes joje yra konvekcinės gardelės, kurios išsklaido radioaktyvią šilumą ir išjudina plutą paviršiuje. Jis taip pat prisidėjo prie 6-ojo dešimtmečio okeanografinių tyrimų, kurie nustatė jūros dugno plitimo fenomeną.

Dėl mantijos konvekcijos mechanizmo Žemės temperatūra per milijardus metų sumažėjo ir tapo palanki įvairioms cheminėms veikloms, kurios galiausiai planetoje lėmė gyvybę.

Lemia kasdienį gyvenimą

Kasdieniame gyvenime naudojame įvairias technikas, norėdami reguliuoti išorines sąlygas pagal savo kūno reikalavimus.

Konvekcija mums daugeliu būdų padeda pasiekti tą patį, tai leidžia mums aplinkinius skysčius paversti vėsesniais ar karštesniais, kaip mums patinka, ir yra daugybė pavyzdžių, kurie tai įrodo.

• Šaldytuvas veikia pasitelkiant konvekcijos procesą. Šaltnešio dujos cirkuliuoja vario linijomis per šaldytuvo ir šaldiklio skyrius. Vamzdžiai ir dujos sugeria šilumą šaldytuve ir šaldiklyje, o dujos cirkuliuoja atgal į kompresorių. Kompresoriuje suspaustos dujos išskiria šilumą į aplinką.
• Kukurūzų paruošimui naudojamos karšto oro spragėsių mašinos taip pat veikia konvekcijos principu. Joje yra ventiliatorius, kaitinimo elementas ir ventiliacijos anga. Įdėjus spragėsių grūdelius į spragintuvą ir jį įjungus, kaitinimo elementas šildo orą, ventiliatorius nukreipia jį į kukurūzų grūdelius. Kai šis oras pasiekia kukurūzus, jie išsprogsta ir tampa spragintais kukurūzais.

• Arbatos, kavos, sriubos ir daugelio kitų karštų gėrimų nepavyktų paruošti be konvekcijos. Be to, konvekcinėse viryklėse taip pat naudojamas tas pats energijos perdavimo principas, kurį naudoja karšto oro spragėsių mašinos.
• Radiatoriai, kurie žiemą palaiko namų šilumą, gyvenamojoje erdvėje sukuria konvekcijos srovę. Jų gaminamas karštas oras pakyla, išstumdamas vėsesnį orą, kuris skęsta (leidžiasi žemyn) ir savo ruožtu pašildomas radiatoriaus.
• Konvekcija taip pat veikia lemia ledo tirpimą. Kai šiltas oras pučia virš ledo paviršiaus, šiluma konvekcijos būdu perduodama ledui ir ledas pradeda tirpti.

Konvekcijos principas taip pat akivaizdus karšto oro balionuose, krituliuose, oru aušinamuose varikliuose, jūros ir sausumos brize, perkūnijoje ir kt. Tai svarbus reiškinys, turintis įtakos mūsų aplinkai, orams ir gyvenimo būdui.