Ρέυματα μεταφοράς στον μανδύα

Posted in Γνώσεις Έρευνα

Ενα σημαντικό φαινόμενο που έχει παρατηρηθεί στον γήινο μανδύα είναι η ύπαρξη ρευμάτων μεταφοράς λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας

Ρέυματα μεταφοράς στον μανδύα

Ενα σημαντικό φαινόμενο που έχει παρατηρηθεί στον γήινο μανδύα είναι η ύπαρξη ρευμάτων μεταφοράς λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας και πυκνότητας ανάμεσα στον εξωτερικό πυρήνα της Γης και στον φλοιό, Είναι γνωστό ότι στρώμα υγρού θερμαινόμενο από κάτω παρουσιάζει κίνηση μεταφοράς.
Η κίνηση αυτή οφείλεται στο γεγονός, ότι το θερμό υγρό διαστελλόμενο καθίσταται ελαφρότερο και ανέρχεται, ενώ το ανώτερο υγρό, το οποίο είναι ψυχρότερο κατέρχεται.

Η κίνηση αυτή επιβραδύνεται από την τιμή του ιξώδους του υγρού. Κινητήρια δύναμη αυτής της κίνησης είναι μια πηγή θερμότητας, η οποία βρίσκεται στο εσωτερικό της Γης, λόγω της διάσπασης των ραδιενεργών στοιχείων του πυρήνα, όπως U238, U235, Τh232 και Κ40.
Τα στοιχεία αυτά έχουν «παγιδευτεί» στον πυρήνα από την εποχή του σχηματισμού του πλανήτη.

Η θερμότητα, σε συμφωνία με το δεύτερο θερμοδυναμικό νόμο, πρέπει να κινηθεί προς ψυχρότερες περιοχές και σταδιακά στην επιφάνεια της Γης, κάτι που επιτυγχάνεται με τα ρεύματα μεταφοράς, τα οποία φέρνουν θερμό υλικό στην επιφάνεια και προωθούν ψυχρότερο υλικό στο εσωτερικό της Γης.
Το φαινόμενο μελετήθηκε στις αρχές του 20ού αιώνα από τον Γάλλο φυσικό Ηenri Benard ο οποίος έδειξε ότι η κίνηση μεταφοράς δεν ήταν δυνατή παρά μόνο κάτω από ορισμένες συνθήκες. Το 1961 ο λόρδος Rayleigh υποστήριξε ότι η ύπαρξη των ρευμάτων μεταφοράς είναι δυνατή μόνο όταν ένας αριθμός δίχως διαστάσεις, χαρακτηριστικός του υγρού, ο αριθμός Rayleigh, R. υπερβαίνει μία κρίσιμη τιμή.
Στη γεωφυσική ο αριθμός Rayleigh είναι ιδιαίτερης σημασίας γιατί καθορίζει την ύπαρξη των ρευμάτων μεταφοράς σε ένα ρευστό σώμα, όπως ο γήινος μανδύας.

Ο αριθμός Rayleigh για τον γήινο μανδύα έχει την κατάλληλη τιμή για την ύπαρξη ρευμάτων μεταφοράς.
Καθορίζεται από τον συντελεστή θερμικής διαστολής, τη θερμοβαθμίδα, την ένταση του βαρυτικού πεδίου της Γης, το πάχος του ρευστού σώματος, τον συντελεστή θερμικής διάχυσης και τον λόγο του ιξώδους προς την πυκνότητα.
Από τη σκοπιά της δυναμικής των ρευστών, το φαινόμενο της ύπαρξης θερμαγωγών ρευμάτων στον μανδύα είναι ένα χαοτικό φαινόμενο και δεν έχει αποσαφηνιστεί πλήρως. Υπάρχουν διάφορες θεωρίες σύμφωνα με τις οποίες τα ρεύματα μεταφοράς μέσα στον γήινο μανδύα κατανέμονται σε ένα στρώμα (δηλαδή ομοιόμορφα σε ολόκληρο τον μανδύα) ή σε δύο και περισσότερα στρώματα.
Η επικρατέστερη άποψη παρουσιάζει τον μανδύα με δύο στρώματα.

Τα ρεύματα μεταφοράς είναι ο δασικός μηχανισμός μέσω του οποίου, η θερμότητα μεταφέρεται από το εσωτερικό της Γης προς την επιφάνεια, και ταυτόχρονα ελέγχεται ο ρυθμός ψύξης του πλανήτη. Στα ρεύματα μεταφοράς του μανδύα αποδίδουν οι επιστήμονες την κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών, και κατα επέκταση την απομάκρυνση των ηπείρων.
Κατά τη διαδικασία αυτή υλικό από το εσωτερικό της Γης προστίθεται στον φλοιό.
Η δημιουργία νέου φλοιού γίνεται με ρυθμό περίπου 3cm ανά έτος.
Ο χρόνος που απαιτείται για να φθάσει το υλικό του κατώτερου μανδύα στην επιφάνεια, να ψυχθεί και να επιστρέψει στο εσωτερικό μέσω της τεκτονικής των πλακών εκτιμάται γύρω στα 200 εκατομμύρια χρόνια.
Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές, οι οποίοι μελετούν την κίνηση των ρευμάτων μεταφοράς με μοντέλα, δίνουν ιδιαίτερη σημασία στις αλλαγές των ορυκτολογικών φάσεων μέσα στον γήινο μανδύα. Η αλλαγή φάσης χαρακτηρίζει τον μετασχηματισμό στερεού ορυκτού σε άλλη στερεά μορφή διαφορετικής δομής και πυκνότητας.

Η αύξηση της πίεσης σε μεγαλύτερα βάθη είναι η αιτία που οδηγεί τα πετρώματα σε πιο συμπαγή δομή, Η μετάβαση της δομής του ορυκτού ολιβίνη προς τη δομή του σπινέλιου, σε βάθος 410 χιλιομέτρων, είναι εξώθερμη και διευκολύνει την κυκλοφορία των ρευμάτων μεταφοράς στον ανώτερο μανδύα.
Αντίθετα, σε δάθος 670 χιλιομέτρων η μετάβαση της δομής του σπινέλιου προς τη δομή του ορυκτού περοβσκίτη είναι ενδόθερμη διαδικασία και εμποδίζει την κυκλοφορία των ρευμάτων μεταφοράς του μανδύα, τα οποία επιβραδύνονται ή σταματούν στην ασυνέχεια των 670 χιλιομέτρων Η ενδόθερμη φύση αυτής της αλλαγής φάσης δεν επιτρέπει στα ρεύματα να διασχίσουν αυτήν την ασυνέχεια.
Κατά συνέπεια, η παρεμπόδιση ωθεί στην αποσταθεροποίηση του θερμικού στρώματος των 670 χιλιομέτρων, η οποία τελικά θα οδηγήσει στη διάρρηξη του στρώματος στο όριο αυτό, προκαλώντας τη δημιουργία κατολισθήσεων στον μανδύα.

0
Shares