Corrientes de convección

Última parada. Llegamos al final de la asignatura. Hemos visto un montón de cosas, y me he dado cuenta de que soy un claro ejemplo de la necesidad de la divulgación científica. ¿Por qué? Porque sin ella no hubiera llegado hasta aquí ni de casualidad.

De lo tratado hasta ahora en la asignatura ha habido un par de cosas que me han llamado especialmente la atención; una ha sido el comportamiento de la luz -tema con el que, por cierto, he metido la pata en un ejercicio anterior-, y otro han sido los movimientos de convección.

La entrada al blog de Joaquín ‘Arroz y convección’ fue el detonante. Temperaturas, densidad, aire que sube y que baja. Lo que terminó por despertar toda mi curiosidad fue esto: “las celdas de convección son responsables de multitud de fenómenos meteorológicos y geológicos. De hecho algunos volcanes son algo parecido a los puntitos del arroz sólo que lo que sube es lava”. En lo de las manchas solares ya no quise ni meterme para no colapsar. Del resto, investigué.

Pues bien, lo que os propongo hoy es un experimento de Primaria, que es mi nivel en física, para intentar explicar y comprender mejor las corrientes de convección. Necesitamos dos vasos llenos hasta arriba, uno con agua caliente y colorante y otro con agua fría. Un recorte del plástico de un dossier o un informe, por ejemplo, y una bandeja grande por si algo sale mal no poner perdida la cocina.

Colocaremos el vaso de agua fría, con ayuda del plástico, sobre el vaso de agua caliente tintada haciéndolos coincidir y, con mucho cuidado, iremos retirando el plástico hasta que los dos líquidos se conecten. Inmediatamente, la diferencia entre las temperaturas produce el movimiento de convección. En el caso más simple, como este, la convección surge cuando en las distintas partes de un fluido hay temperaturas diferentes, de modo que el fluido caliente se eleva y el fluido frío se hunde. 

Como se ha señalado, se produce una corriente ascendente de agua caliente (teñida) que se debe a que el líquido al calentarse se expansiona y se hace menos denso, ascendiendo por lo tanto, mientras que el líquido frío desciende para cerrar así la circulación convectiva. Esta corriente tiende a igualar a la larga las temperaturas en toda la masa de agua.

Con el vaso de agua caliente tintada en la parte superior y el de fría en la inferior no ocurrirá lo mismo. El agua tintada caliente, menos densa, se queda en la parte de arriba, mientras que la fría, más densa, como ya hemos dicho, tiende a quedarse abajo.

La convección es una de las tres formas de transferencia del calor. Las otras dos son la conducción (la cucharilla que se calienta al estar en contacto con el café, por ejemplo) y la radiación (pensemos en el choque de la energía solar sobre nuestra atmósfera o en el microondas). Transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas, y se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente.

Una de las cosas que más ha llamado mi atención es conocer en profundidad que las corrientes de convección se producen en la mayor parte de las corrientes marítimas, vientos atmosféricos y en el manto de la tierra. Los materiales cálidos son más ligeros, por lo que suben, mientras que los materiales fríos son más pesados (más densos) y por lo tanto se hunden.

Las corrientes de convección permiten el movimiento continuo de las masas oceánicas, crucial para la vida, por, entre otras cosas, la variación de la densidad del agua al cambiar su temperatura. El desplazamiento en superficie de las aguas cálidas menos densas hacia el norte por efecto de los vientos y la rotación de la Tierra, ocupará el lugar de las más frías y densas del norte, que se desplazarán hacia el sur en profundidad, creando así la llamada cinta transportadora oceánica.

La convección también explica los vientos y otros fenómenos meteorológicos, además de uno imprescindible para nuestra supervivencia como es el del ciclo del agua. El intercambio de calor que se produce de manera natural en la atmósfera hace que las aguas marinas y terrestres, al absorber el calor del sol, pasen del estado líquido al gaseoso. El vapor asciende hasta cierta altura y al hacerlo, pierde calor, se condensa y forma las nubes, que están constituidas por gotas de agua muy pequeñas que se mantienen en suspensión a determinada altura. Cuando estas ascienden las gotas aumentan de tamaño y se transforman en precipitaciones, que terminarán de nuevo en la atmósfera. El efecto de las corrientes de convección en la atmósfera se explica muy bien en este video.

En geología se define como convección del manto al movimiento de la corteza terrestre causado por las corrientes de convección que impulsan el calor desde el interior del planeta a la superficie haciendo que las placas tectónicas se muevan. Es el mismo principio que en los casos anteriores: las diferencias de temperatura y densidad, de manera que los materiales más calientes y menos densos ascienden y los más fríos y más densos y pesados descienden. En este video podemos comprobarlo.

Bueno, pues hasta aquí hemos llegado. Espero haber entendido bien todo este proceso, y haberlo explicado de la manera correcta.