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(Latín convección, de transportar, llevar)
Transferencia de calor acompañada de transporte de materia en estado fluido.
1. Condiciones de convección
Junto con la conducción y la radiación, la convección es uno de los tres modos de transferencia de calor. Al igual que la conducción, requiere la presencia de un medio material, pero su particularidad es ir acompañada de un transporte de materia en estado “fluido”. La convección ocurre cuando, bajo ciertas condiciones físicas (sintetizadas en el número de Rayleigh), hay una diferencia de temperatura entre la base y la parte superior del fluido.
El número de Rayleigh tiene en cuenta, entre otros factores, la conductividad térmica (→ conducción), el calor específico y la viscosidad del fluido, así como la aceleración de la gravedad sin la cual, a través de la fuerza de Arquímedes, no es posible convección.
2. La importancia de la convección
Para transportar calor, la convección es, para temperaturas por debajo de unos pocos cientos de grados, mucho más eficiente que la radiación y, a todas las temperaturas, más eficiente que la conducción. Dependiendo del tamaño de la diferencia de temperatura dentro del medio, se manifiesta por flujos que van de laminares a turbulentos. En la Tierra, la convección está presente en todas las escalas, desde microscópica a macroscópica. En particular, es responsable de la circulación general de la atmósfera, que provoca la mezcla del aire a nivel planetario y determina los climas.
En el manto terrestre, genera movimientos muy lentos de materiales rocosos, que se comportan, durante períodos de tiempo muy prolongados, como fluidos muy viscosos. Estos movimientos contribuyen a la diferenciación de los materiales del planeta.
3. Situaciones convectivas
La convección solo se observa en sistemas en desequilibrio (→ estado de un sistema). Este fenómeno se origina por dos causas físicas: el escape de un fluido y la gravedad. Aquí hay algunos ejemplos que ilustran el alcance de las situaciones convectivas.
Un recipiente que contiene 1 cm de agua.. ¡El número de Rayleigh alcanza el valor crítico para una diferencia de temperatura de una milésima de grado! Si la profundidad del agua es de solo 1 mm, este valor se convierte en 1°C. Esto confirma la observación común de que la convección siempre está presente en un recipiente de líquido calentado.
Una habitación de 2 m de altura. Tan pronto como la diferencia de temperatura entre el suelo y el techo supere los 10−7 °C, el aire de la habitación sufre movimientos de convección que es imposible evitar, porque siempre hay algunos grados de diferencia entre las temperaturas de los diferentes puntos de la habitación.
4. Movimientos de convección en el manto terrestre
La viscosidad de los sólidos que componen el manto terrestre es gigantesca: alrededor de 1022 veces más que la del agua! Sin embargo, como en el número de Rayleigh la distancia interviene a la potencia de 3, una diferencia de temperatura de 1°C sobre una altura de 100 km es suficiente para que aparezca la convección. Con varios miles de kilómetros de espesor y experimentando un aumento de temperatura de varios grados por kilómetro, el manto se encuentra claramente en una situación de convección (→ Tierra).
Durante mucho tiempo se ha considerado que la convección es la única responsable de los movimientos de las placas litosféricas superficiales (→ litosfera). La astenosfera está separada del manto litosférico por la isoterma de 1.300 °C, zona de ralentización de las ondas sísmicas (→ sismología): esta es la LVZ (zona de baja velocidad). Teniendo la base del manto una temperatura de más de 3000°C, los elementos calientes, menos densos, suben reemplazando a los elementos enfriados que bajan. Llegados al límite inferior de la litosfera, se enfrían y su densidad aumenta. Estos cambios de temperatura son los responsables de estos movimientos que tienen lugar en un medio sólido de comportamiento dúctil.
El calor del globo que inicia estos movimientos se debe a la descomposición de los elementos radiactivos de la Tierra ya la liberación de energía térmica acumulada durante la formación del planeta por acreción. Es por tomografía sísmica (→ sismología) que hemos puesto de manifiesto las diferencias de temperatura en el manto siguiendo los movimientos descendentes de la litosfera oceánica en subducción y ascendentes a nivel de las dorsales oceánicas y puntos calientes.
Hoy en día, varios modelos de celdas de convección se ofrecen Si la parte superior consiste siempre en la base de la litosfera, el límite inferior se sitúa o bien en la límite del manto superior y del manto inferior (alrededor de 700 km de profundidad), o al nivel del discontinuidad de Gutenberg (límite manto/núcleo a 2.900 km). Luego emerge un patrón de convección de manto de una o dos capas.
Enfriada tan densamente, la litosfera se hunde; por tanto, la actividad de las dorsales oceánicas sólo llenaría el vacío creado por el movimiento de las placas. Por lo tanto, se discute la importancia de la convección en el manto: la subducción sería el motor esencial del movimiento de las placas (→ tectónica).
