지구의 맨틀에서 대류를 일으키는 원인

핵과 맨틀 자체의 열은 맨틀에 대류를 일으킵니다. 맨틀 물질의 뜨거운 기둥이 천천히 상승합니다. 연약권의 꼭대기에서 뜨거운 물질이 퍼지고 더 차가운 물질을 밀어냅니다. 이 더 차가운 물질은 맨틀 속으로 다시 가라앉습니다.

대류란?

대류는 한 장소에서 다른 장소로 에너지를 전달하는 과정입니다. 대류 열전달이라고도 합니다.

대류는 재료의 온도 또는 밀도 차이로 인해 움직이는 유체 흐름입니다.

대류는 고체 입자가 고정되어 있기 때문에 기체와 액체에서만 발견됩니다. 온도의 차이는 높은 에너지 영역에서 낮은 에너지 영역으로 에너지를 전달합니다.

대류 흐름 예: 냄비의 끓는 물에서 대류 흐름을 볼 수 있습니다. 현재 흐름을 추적하기 위해 완두콩 몇 개나 종이 한 장을 추가하기만 하면 됩니다. 냄비 바닥에 있는 열원은 물을 가열하고 더 많은 에너지를 제공하여 분자가 더 빨리 움직이게 합니다.

온도 변화는 물의 밀도에도 영향을 미칩니다. 물이 표면으로 올라오면 그 중 일부는 증기로 빠져나가기에 충분한 에너지를 가지고 있습니다. 증발은 표면을 식히고 일부 분자는 냄비 바닥으로 가라앉습니다.

 

열전달은 어떻게 이루어지나?

뜨거운 물체에서 차가운 물체로 에너지가 전달되는 것을 열 전달이라고 합니다. 열은 항상 뜨거운 곳에서 찬 곳으로 전달됩니다. 열 전달에는 복사, 전도 및 대류의 세 가지 유형이 있습니다.

빈 공간에서 에너지가 전달되는 것을 복사라고 합니다. 열원과 물체 사이에 직접 접촉하지 않고 복사에 의해 열 전달이 발생합니다. 예를 들어, 방사선은 햇빛으로 지구 표면을 가열할 수 있습니다.

접촉하는 재료 내부 또는 재료 사이의 열 전달을 전도라고 합니다. 전도에서 가열된 물질의 입자는 직접 접촉을 통해 다른 입자에 열을 전달합니다. 한 가지 예는 뜨거운 수프 냄비에 숟가락이 뜨거워지는 경우입니다.

유체에서 흐름의 움직임으로 인한 열 전달을 대류라고 합니다. 유체에는 액체와 기체가 있습니다. 대류 중에 가열된 유체 입자가 흐르기 시작하여 유체의 한 부분에서 다른 부분으로 열 에너지를 전달합니다.

대류 열 전달은 유체의 온도와 밀도 차이로 인해 발생합니다. 밀도는 물질의 부피에 포함된 질량의 양입니다. 액체나 기체가 가열되면 입자가 더 빨리 움직입니다.

더 빨리 움직이면 분리됩니다. 가열된 유체 입자는 더 멀리 떨어져 있고 더 많은 공간을 차지합니다. 유체의 밀도가 감소합니다. 그러나 액체가 냉각되면 입자가 더 가까워지고 밀도가 증가합니다.

대류의 예는 스토브에서 수프 냄비를 가열할 때 발생합니다. 냄비 바닥에 있는 국물은 뜨거우면 부풀어 오르고 걸쭉해집니다. 더 뜨겁고 밀도가 높은 수프가 위로 올라가 차갑고 밀도가 높은 수프 위에 뜹니다.

그런 다음 중력은 이 차갑고 걸쭉한 수프를 바닥으로 끌어당겨 재가열하여 부풀어 오르기 시작합니다. 이러한 유체의 열 전달 흐름을 대류라고 합니다.

유체 가열 및 냉각, 유체 밀도의 변화 및 중력이 결합하여 대류를 생성합니다. 유체에 열이 가해지는 한 대류는 계속됩니다.

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맨틀의 대류

대류는 지구의 맨틀에서 감지됩니다. 가열된 맨틀 물질은 맨틀 깊이에서 상승하고 냉각된 맨틀 물질은 가라앉으면서 대류를 생성합니다. 이러한 유형의 전류는 지각판의 움직임에 중요한 역할을 하는 것으로 여겨집니다.

맨틀 내부의 열은 지구의 용융된 외핵, 방사성 원소의 붕괴, 상부 맨틀에서 하강하는 지각판으로 인한 마찰에서 생성됩니다. 외핵의 열은 지구 형성 사건의 잔류 에너지와 방사성 원소의 붕괴 에너지에서 비롯됩니다.

이 열은 맨틀 바닥을 약 7,230°F로 데웁니다. 맨틀 지각의 경계에서 맨틀 온도는 392°F로 추정됩니다.

맨틀 상부와 하부 경계의 온도차로 인해 열전달이 일어나야 합니다. 전도는 열 전달의 보다 분명한 방법으로 보이지만 맨틀에서도 대류가 발생합니다. 코어 근처의 더 뜨겁고 밀도가 낮은 암석은 천천히 위로 이동합니다.

상부 맨틀의 상대적으로 차가운 암석이 맨틀 속으로 천천히 가라앉습니다. 더 뜨거운 물질이 상승함에 따라 냉각되고 결국 상승하는 더 뜨거운 물질에 의해 옆으로 밀려나고 코어 쪽으로 가라앉습니다.

두꺼운 아스팔트나 산악 빙하와 같은 맨틀 물질은 천천히 흐릅니다. 맨틀 재료는 고체 상태를 유지하지만 열과 압력으로 인해 맨틀 재료가 움직입니다.