对流形成的原因

题目

对流形成的原因
关于气体和液体的对流现象形成的原因是什么?在完全失重的情况下还能 不能形成对流?

答案

没有重力就不会有大的对流
对流
convection
流体（气体或液体）通过自身各部分的宏观流动实现热量传递的过程.因流体的热导率很小,通过热传导传递的热量很少,对流是流体的主要传热方式.对流可分为自然对流和强迫对流.流体内的温度梯度会引起密度梯度,若低密度流体在下 ,高密度流体在上,则将在重力作用下自然对流.冬天室内取暖就是借助于室内空气的自然对流来传热的,大气及海洋中也 存在自然对流 .靠外来作用使流体循环流动,从而传热的是强迫对流.
大气对流
atmospheric convection
大气中的一团空气在热力或动力作用下的垂直上升运动.通过大气对流一方面可以产生大气低层与高层之间的热量、动量和水汽的交换,另一方面对流引起的水汽凝结可能产生降水.热力作用下的大气对流主要是指在层结不稳定的大气中,一团空气的密度小于环境空气的密度,因而它所受的浮力大于重力,则在净的阿基米德浮力作用下形成的上升运动.在夏季经常见到的小范围的、短时的、突发性的和由积雨云形成的降水,常是热力作用下的大气对流所致.动力作用下大气对流主要是指在气流水平辐合或存在地形的条件下所形成的上升运动.在大气中大范围的降水常是锋面及相伴的气流水平辐合抬升作用形成的,而在山脉附近的固定区域产生的降水常是地形强迫抬升所致.一些特殊的地形（如喇叭口状的地形）所形成的大气对流既有地形抬升的作用,也有地形使气流水平辐合的作用.
一方面热力和动力作用可以形成大气对流,另一方面大气对流又可以影响大气的热力和动力结构,这就是大气对流的反馈作用.在大气所处的热带地区,这种反馈作用尤为重要,大气对流形成的水汽凝结加热常是该地区大范围大气运动的重要能源.
对流层
troposphere
位于大气的最低层,集中了约75％的大气质量和90％以上的水气质量.其下界与地面相接,上界高度随地理纬度和季节而变化.在低纬度地区平均高度为17～18千米,在中纬度地区平均为10～12千米,极地平均为8～9千米；夏季高于冬季.
对流层中,气温随高度升高而降低,平均每上升100米,气温约降低0.65℃.由于受地表影响较大,气象要素（气温、湿度等）的水平分布不均匀.空气有规则的垂直运动和无规则的乱流混合都相当强烈.上下层水气、尘埃、热量发生交换混合.由于90％以上的水气集中在对流层中,所以云、雾、雨、雪等众多天气现象都发生在对流层.
对流层中从地面到 2 千米的一层受地面起伏、干湿、冷暖的影响很大,称为摩擦层（或大气边界层）.摩擦层以上受地面状况影响较小,称为自由大气.对流层与其上的平流层之间存在一过渡层,称为对流层顶,厚度约几百米到2千米 .对流层顶附近气温随高度升高变 化的幅度发生突变,或随高度增加温度降低幅度变小,或随高度增加温度保持不变,或随高度增加温度略有增高.对垂直运动有很强的阻挡作用.
地幔对流说
mantle convection hypothesis
一种说明地球内部物质运动和解释地壳或岩石圈运动机制的假说.它认为在地幔中存在物质的对流环流.在地幔的加热中心,物质变轻,缓慢上升形成上升流,到软流圈顶转为反向的平流,平流一定距离后与另一相向平流相遇而成为下降流,继而又在深处相背平流到上升流的底部,补充上升流,从而形成一个环形对流体.对流体的上部平流驮着的岩石圈板块作大规模的缓慢的水平运动.在上升流处形成洋中脊,下降流处造成板块间的俯冲和大陆碰撞.
1928 年英国地质学家 A.霍姆斯认为上升流处地壳裂开,形成新的大洋底,对流的下降流处地壳挤压形成山脉.1939年D.T.格里格斯提出,由于岩石热传导不良,放射热的聚集导致对流.60年代后期板块构造学建立以后,地幔对流运动被普遍认为是板块运动的驱动力.
地球岩石圈下的软流圈有10％的融熔体.岩石圈以下的固体地幔因高温高压而表现为像粘滞液体一样的韧性,并能产生流动.地幔中因放射性同位素蜕变产生热而加温,密度变小,于是轻物质向上、重物质向下运动,以便达到最低位能的稳定状态,这就是地幔对流,速度非常慢,其上升流可持续几千万年到几亿年.
地震波速的各向异性的发现,以及由此提出的地幔对流引起晶体定向排列的假说,有力地支持了地幔对流说.J.摩根在20世纪70年代提出了一种单轴羽状地幔对流模式.对流体以每年几厘米的速度从地幔底部升起,形成以上升流为轴心,下降流在外的圆筒状对流体.上升流所对着的地壳区域就是热点.