The Dynamics of Earth
Convezione è un termine che descrive il flusso di calore in un fluido che è guidato dalla galleggiabilità derivata da gradienti di densità orizzontale. I gradienti di densità nel mantello sono in gran parte derivati da gradienti di temperatura orizzontali (e anche da gradienti orizzontali chimici / compositivi). Negli strati limite termici (attraverso i quali la temperatura varia continuamente dal valore della superficie alla temperatura media del mantello) questa galleggiabilità causa instabilità, consentendo al fluido di lasciare lo strato limite e salire o scendere all’interno del sistema.
Il mantello è un solido viscoelastico, il che significa che si comporta in modo sia viscoso che elastico in risposta a uno stress. La natura viscosa del mantello è evidente nel lento scorrimento del mantello che si manifesta come tettonica a placche sulla superficie della Terra. La natura elastica della roccia del mantello è evidente nella flessione del fondale marino attorno alle catene di isole oceaniche (ad esempio Kearey, 2009). Assumendo uno strato crostale completamente elastico sovrastante un fluido, è possibile determinare l’altezza di flessione in risposta a un carico. Questi valori teorici possono essere confrontati con la risposta della crosta oceanica ai monti del fondo marino per determinare la risposta elastica del mantello.
Il calore viene rimosso dall’interno di un pianeta per conduzione termica e convezione subsolidus. La convezione subsolidus si verifica per diffusione o dislocazione per strisciamento in un materiale solido. La differenza di temperatura tra l’interno e la superficie di raffreddamento di un pianeta mantiene il gradiente termico necessario per la convezione.
Il calore è la principale fonte di energia che guida la convezione nel mantello. Il calore nel mantello deriva da fonti interne (decadimento radioattivo degli elementi uranio, torio e potassio), calore rilasciato dal nucleo e raffreddamento secolare del pianeta nel suo complesso (calore residuo lasciato dalla formazione planetaria e una maggiore produzione del riscaldamento radioattivo in passato).
La convezione del mantello si manifesta sulla superficie della Terra. Le dorsali medio-oceaniche corrispondono al sito di materiale del mantello di risalita passivo mentre le trincee oceaniche corrispondono alla posizione di discendenze convettive (subduzione). Il ciclo di convezione verso l’alto e verso il basso aiuta a riciclare la litosfera nel mantello, producendo nuova litosfera sulle creste e rimuovendola nelle zone di subduzione. La Figura 2 mostra una rappresentazione di una cella di convezione del mantello, con un pennacchio di risalita caldo (rosso) e una lastra di subduzione fredda (blu). La figura 1 mostra una rappresentazione della convezione del mantello con un pennacchio in risalita, risalita passiva su una dorsale oceanica e lastre di subduzione (discese). Mostra anche province a velocità di taglio grande-bassa, zone a velocità ultra-bassa e aree di post-perovskite.