¿Qué causa la convección en la Tierra? Datos y procesos

Convección en Geología

La convección en geología se refiere al movimiento de masa de un material debido a las diferencias de densidad provocadas por una variación en la composición o la temperatura. Las capas límite térmicas en el manto de la Tierra hacen que el material caliente se eleve y el material frío se hunda. Además, la convección es uno de los métodos de transferencia de calor que ayuda a que la Tierra se enfríe gradualmente. Lo que es más importante, gobierna el movimiento de las placas tectónicas, que también se relaciona con terremotos, volcanes, expansión del lecho marino y formación de montañas.

Ejemplos de Convección en la Tierra

La convección también ocurre en los océanos y la atmósfera de la Tierra a través de la circulación termohalina y la formación de nubes. La circulación termohalina implica el movimiento de corrientes oceánicas profundas impulsadas por la diferencia de densidades debido a la temperatura y la salinidad. El agua en las regiones polares se vuelve lo suficientemente fría como para formar hielo marino, dejando atrás su contenido de sal. En consecuencia, el agua circundante se vuelve más salada y densa, lo que la hace hundirse. El agua superficial eventualmente reemplaza al agua que se hunde, la cual pasa por un proceso similar hasta que se vuelve salada y lo suficientemente fría como para hundirse. El ciclo continúa y principalmente impulsa el mecanismo de cómo el calor y los nutrientes se mueven por todo el mundo.

La circulación termohalina, que consiste en corrientes oceánicas profundas en azul y corrientes superficiales en rojo.

La formación de nubes cúmulos también implica convección. A medida que el Sol calienta la superficie de la Tierra, el suelo también calienta el aire de arriba, lo que hace que las parcelas de aire menos densas se muevan hacia arriba. A medida que asciende, se enfría y forma nubes parecidas al algodón.

La convección del manto es otro ejemplo de convección en la Tierra. Obtenga más información sobre este proceso en la siguiente sección.

Convección del manto

La convección del manto se caracteriza por el ascenso del material caliente del manto y el descenso del material más frío, formando corrientes de convección. Es el principal impulsor del movimiento de las placas tectónicas, que influye en procesos tectónicos como terremotos y erupciones volcánicas y contribuye al enfriamiento gradual del planeta. A diferencia de los ejemplos típicos de convección que involucran líquidos o gases, la convección del manto implica cambiar el material del manto de un fluido muy viscoso que sube lentamente a la superficie a un sólido quebradizo que se enfría y se vuelve lo suficientemente denso como para hundirse nuevamente en el manto.

El calor que impulsa la convección del manto proviene de dos fuentes: (1) el exceso de calor de la formación de la Tierra y (2) el calor generado por isótopos inestables como el uranio-238, el torio-232 y el potasio-40. Estas fuentes producen calor interno, calor de la mayor parte del fluido y la base cerca del núcleo de la Tierra. En consecuencia, la temperatura interior del manto está más cerca de la temperatura caliente en el fondo pero más lejos de la temperatura fría cerca de la superficie, lo que provoca un afloramiento más fuerte y un afloramiento más débil del material del manto.

Corrientes de convección en el manto

Las corrientes de convección en el manto se producen debido a las diferencias de densidad provocadas por las variaciones de temperatura y composición. Consiste en material del manto más caliente y menos denso que se eleva mientras que el material más frío y denso se hunde. Estas corrientes de convección gobiernan el movimiento de las placas tectónicas e influyen en varios procesos tectónicos del planeta.

Aunque aún no se entiende completamente, los científicos han creado varios enfoques para investigar los mecanismos de convección del manto y relacionarlos con la tectónica de placas. Dos de los métodos mejor estudiados son la convección en capas y la convección de todo el manto.

Convección en capas

La convección en capas: El modelo sugiere que la convección del manto se produce en capas separadas por encima y por debajo de la discontinuidad de 660 km (límite inferior de la zona de transición). El análisis químico de basaltos extruidos de diferentes entornos tectónicos respalda este modelo de convección en capas. Por ejemplo, los basaltos de las dorsales oceánicas tienen elementos traza agotados, lo que sugiere que provienen de la región del manto que ya se ha derretido. Por otro lado, el análisis de basaltos de volcanes de puntos calientes indica que se originaron en áreas con menos fusión y agotamiento de elementos traza. Estas observaciones implican que al menos dos depósitos químicos distintos en el manto ocurren y no se mezclan homogéneamente. Además, los terremotos registrados en las zonas de subducción se detienen en la discontinuidad de 660 km,

Convección de todo el manto

La convección de todo el manto propone que la convección involucra a todo el manto, excepto en algunas regiones que pueden ser demasiado viscosas para moverse. La tomografía sísmica moderna, una técnica utilizada para producir imágenes del subsuelo de la Tierra, respalda este modelo. Los resultados mostraron que la mayoría de las placas descendentes penetran la discontinuidad de 660 km y continúan hundiéndose. Admite modelos informáticos que muestran la dificultad de mantener un límite impermeable en la discontinuidad de 660 km o en cualquier región del manto. Además, los modelos muestran que cualquier diferencia entre el manto superior e inferior eventualmente desaparecería en unos pocos cientos de millones de años mientras las losas tectónicas continúen penetrando el límite de 660 km.

Otros modelos convectivos

Otros modelos numéricos y de computadora indican que la convección del manto puede involucrar capas parciales o una combinación de convección en capas y de todo el manto. Las placas tectónicas que se hunden pueden retrasarse temporalmente en la discontinuidad de 660 km, donde se acumulan y se extienden lateralmente. Sin embargo, una vez que alcanza la masa crítica, la losa continúa hundiéndose en el manto inferior.

Otro modelo numérico dividió el manto en (1) un manto superior que se mezcla rápidamente, haciéndolo relativamente uniforme y la fuente de basalto para las dorsales oceánicas, y (2) un manto inferior que se mezcla lentamente.

Algunos expertos predicen que el modelo convectivo actual de la Tierra se caracteriza por una convección de dos capas “con fugas”, similar a la convección del manto entero retardada en el tiempo. Sin embargo, nuevos datos cambian continuamente la forma en que los científicos entienden el complejo mecanismo de convección del manto.

Tectónica de placas y convección del manto

Los científicos consideran las placas tectónicas como una parte esencial del sistema de convección. Sirven como la capa límite térmica superior de la corriente convectiva. Se alejan de la cresta de expansión a medida que se espesan, se enfrían y se hunden a lo largo de las zonas de subducción una vez que son lo suficientemente densos. Los márgenes de las placas también albergan la mayoría de los afloramientos y afloramientos del material del manto, lo que influye en los procesos tectónicos (p. ej., terremotos y erupciones volcánicas) que ocurren en la Tierra.

Las zonas de subducción, por ejemplo, albergan las erupciones volcánicas más violentas. La placa oceánica más fría y densa se hunde en el manto debajo de otra placa a lo largo de las zonas de subducción. Una vez que la losa de subducción alcanza una temperatura y presión específicas, se derrite parcialmente con la ayuda de los volátiles que transporta. El magma flotante luego sube a la superficie para formar una cadena de volcanes a cientos de kilómetros de distancia de las zonas de subducción.

Formación de volcanes a lo largo de una zona de subducción por la colisión entre dos placas oceánicas.

Aparte de las erupciones volcánicas, las zonas de subducción también son testigos de grandes y frecuentes terremotos. A medida que la otra placa tectónica se hunde debajo de la placa superior, la losa que se hunde puede “bloquearse” y comienza a generar tensión con el tiempo. Una vez que la acumulación de tensión se vuelve excesiva, la placa se libera y libera energía a través de terremotos.

Resumen de la lección

El manto es la capa de 1,802 millas (2,900 km) de espesor entre la corteza y el núcleo exterior. Es casi enteramente sólido pero se comporta como un fluido dúctil y altamente viscoso mientras que contiene fundidos parciales en algunas regiones. Tiene varias capas, a saber, el manto superior, la zona de transición, el manto inferior y la capa D doble principal (D), según el análisis de ondas sísmicas y rocas extruidas a la superficie por erupciones volcánicas. El manto también exhibe convección, donde el material caliente y menos denso del manto asciende mientras que el material frío y más denso se hunde. Esto es similar a cómo se mueven los líquidos y los gases debido a las diferencias de temperatura y composición, como la circulación termohalina y la formación de cúmulos.

La convección del manto consiste en el ascenso de material del manto caliente y menos denso y el descenso del material del manto frío y más denso impulsado por las diferencias de temperatura y composición. Sin embargo, a diferencia de la convención típica de líquidos y gases, la convección del manto implica el movimiento prolongado de material en su mayoría sólido. Algunas regiones pueden contener pequeñas cantidades de derretimiento, lo que le permite ser lo suficientemente dúctil para fluir bajo condiciones específicas y escalas de tiempo geológico. Las placas tectónicas quebradizas y frías también se consideran parte del sistema convectivo. Sirven como el límite térmico frío que se hunde en el manto cuando es lo suficientemente denso. Dos de los modelos convectivos más admitidos son la convección en capas y la convección de todo el manto. La convección en capas – El modelo sugiere que la convección ocurre en dos capas separadas por encima y por debajo de la discontinuidad de 660 km. La convección de todo el manto considera el movimiento de material a través de todas las capas del manto, excepto aquellas regiones demasiado viscosas para fluir. La convección del manto impulsa el movimiento de las placas tectónicas, lo que influye en varios procesos tectónicos, como las erupciones volcánicas y los terremotos.