Eksie-perfeksie... die wonder van
konveksie

Konveksie speel ’n volmaakte rol om ons planeet as.’t ware soos ’n lewende organisme te laat funksioneer. Boonop kan konveksie hom in alle groottes manifesteer. Dit kan oor slegs enkele millimeters plaasvind of op ’n skaal groter as die aarde op die oppervlak van die son. Maar oral werk dit op dieselfde manier…
  
    
 Grafika: Mieliestronk.com, tensy anders vermeld
  

NS dink nie maklik so daaraan nie, maar ons bestaan op aarde word baie dikwels deur kringlope beheer. Daar is die siklusse van dag en nag, van mooiweersdae en reën, van somer en winter, van geboorte en dood en dan weer die geboorte van nuwe geslagte.

Waaraan mense egter nog baie, baie minder dink (indien hoegenaamd ooit) is die ander kringlope in die natuur wat as konvensiestrome bekend staan. Tog speel konveksie so ’n kardinale rol om ons planeet feitlik soos ’n lewende organisme te laat funksioneer, dat dit baie gepas is dat ons ’n slag goed na hierdie wonderverskynsel sal kyk.

Om dit te doen moet ons begin by die eienskap van hitte om nie op een plek te bly nie, maar om te versprei. As hitte nie hierdie vermoë gehad het nie, sou die hele geskape werklikheid so totaal anders gewees het dat ons geen denkbeeld daarvan kan vorm nie.

Die drie maniere waarop hitte oorgedra word

HITTE-OORDRAG is die beweging van warmte van een voorwerp na ’n ander, of van een deel van dieselfde voorwerp na ’n ander deel daarvan. Die oordrag kan op een van drie maniere, of ’n kombinasie daarvan, plaasvind: sogenaamd deur geleiding, straling en konveksie.  

As jy jou vinger op die warm plaat van ’n stoof druk, sal jy deeglik besef wat geleiding is omdat die plaat blitsig sy warmte na jou veel kouer vinger sal gelei. Hitte-oordrag deur straling vind, sover dit ons aardbewoners aanbetref, weer veelal plaas deurdat die son die aarde verwarm.  Maar as jy die ketel aanskakel om koffie te maak, sal die water in die ketel self weens die verhitting in beweging kom en al hoe vinniger beweeg namate die hitte toeneem. Daardie rondomtalie-beweging is konveksie.

Konveksie kan nie in vaste stowwe plaasvind soos by geleiding nie, maar net in vloeistowwe (byvoorbeeld water) of in gasse (soos dié van die lug).

Konveksie van naderby bekyk

PARTYKEER kan ’n enkele fisiese proses in die natuur ’n hele verskeidenheid van werkinge verklaar. Konveksie is só ’n proses. Dit kan hom in alle groottes manifesteer. Konveksie kan oor slegs enkele millimeters plaasvind of op ’n skaal groter as die aarde op die oppervlak van die son. Maar dit werk oral op dieselfde manier.

Om die uitwerking te begryp wat sonverhitting, lugvogtigheid en die oseane op die weer en klimaat het, moet ’n mens ook die konsep van konveksie baie mooi verstaan. Presies wat is dit?

Die oordrag van hitte deur lugstrome word konveksie genoem. Die oordrag van hitte deur waterstrome staan ook bekend as konveksie.

Konveksie is doodeenvoudig die vloeiing van hitte in ’n gas of vloeistof deur die werklike beweging van daardie gas of vloeistof self.

Konveksie berus op die feit dat gasse en vloeistowwe in die reël uitsit wanneer hulle verhit word, wat ’n vermindering in hul digtheid beteken. Die minder digte, en dus ligter, deel van die gas of vloeistof sal dan geneig wees om op te styg deur die omringende koeler res daarvan. Koeler gas of vloeistof vloei onderlangs in om die leemte te vul wat deur die warm, ligter deel gelaat is—net om self verhit te word en op te styg.

Só word ’n stroom, wat ’n konveksiestroom genoem word, in die gas of vloeistof opgewek.

Hitte sal aanhou om by wyse van konveksie te beweeg so lank as wat daar temperatuurverskille in ’n gas of vloeistof is.

In die winter vind ons dikwels dat geboue aan die binnekant deur middel van konveksie verwarm word. Verwarmde lug word deur ’n verwarmer naby die vloer in ’n vertrek ingeblaas en die warm, dunner lug styg op. Koeler omringende lug vul die leemte aan die onderkant, maar styg self ook op nadat dit deur die verwarmer beweeg het en verwarm is. Hierdie lugsirkulasie of konveksiestroom bring mee dat die hele kamer spoedig lekker warm is.

Daar word ook van konveksietrome gebruik gemaak om myne te help ventileer.

Konveksie in die aarde se atmosfeer

STRALING en geleiding sowel as konveksie is betrokke by die verwarming van die aarde se atmosfeer.

Die son skyn op aarde—straling—en verhit die aardoppervlak. Hierdie hitte word deur geleiding van die aardoppervlak na die lug oorgedra. Maar sodra die hitte die lug bereik, wat natuurlik ’n mengsel van gasse is, neem die proses van konveksie oor.

Wanneer ’n luglaag genoeg hitte van die aardoppervlak ontvang, sit dit uit. Dit raak dunner en ligter en styg gevolglik op. Kouer, swaarder lug wig daaronder in en word eweneens verhit waardeur dit ook opstyg. Die verwarmde, stygende lug verkoel wanneer dit die hoër, kouer vlakke van die atmosfeer bereik en raak weer digter. Omdat dit nie kan afsak deur die lug wat steeds van onder af opwaarts gevoer word nie, sprei dit sywaarts uit en begin dan eers neerdaal.

Wanneer dit weer die oppervlak bereik, word dit opnuut verwarm en nogmaals deel van die stygende lugkolom. Hierdie konveksiestrome veroorsaak plaaslike briese, winde, siklone en donderstorms en, op ’n groter skaal, die wêreld se groot lugsirkulasies. ’n Enkele gebied van stygende en dalende lug word ’n konveksie-sel genoem. Hitte gaan verlore weens straling in die ruimte.

Met atmosferiese konveksie word gewoonlik "vogtige konveksie" bedoel, waar die oormaat waterdamp in die stygende lug kondenseer om ’n wolk te vorm.

Maar konveksie kan ook droog wees, soos op ’n sonnige dag in die woestyn. Die son verhit die grond en konvektiewe lugstrome help om die oormaat hitte van die oppervlak af weg te voer.

Trouens, sowel droë as vogtige konveksie help om die aarde ’n leefbare plek te maak deur ’n groot deel van oppervlakhitte na hoog in die atmosfeer te verplaas. Daar is al bereken dat, as daar geen konveksie was nie, die gemiddelde oppervlaktemperatuur van die aarde sowat 52 grade Celsius sou gewees het pleks van die huidige 15 grade.

Reën as gevolg van konveksie

DIE tipiese donderstorm wat deur konveksie veroorsaak word, gebeur wanneer die warm son ’n groot massa vogtige lug naby die grond verhit het. Hierdie lug styg op, dy uit en verkoel. Die verkoeling laat die waterdamp in die lug kondenseer, waardeur ’n cumuluswolk gevorm word. (Klik hier vir artikel oor wolke.) Indien die proses voorduur, bereik die kruin van die wolk dikwels ’n hoogte van 6,5 km bokant die basis en die kruin sprei in die vorm van ’n aambeeld uit (foto HIERONDER).

Foto: HERBERT CAMPBELL / NOAA CENTRAL LIBRARY / NWS

Die onstuimige lugstrome binne-in die wolk veroorsaak ’n gedurige opbreking en hereniging van die reëndruppels, waardeur hael dalk gevorm kan word, en genereer sterk elektriese ladings wat as weerlig ontlaai. Namate die storm ’n gebied nader, word die sagkense stroom warm lug wat die wolk voed, vervang deur ’n sterk, koue windvlaag vanuit die teenoorgestelde rigting wat van die basis van die wolk af waai. Stortreën begin val, wat verminder namate die storm hom uitwoed.

Donderstorms vind die meeste plaas in die aarde se vogtige, warm trope (op party plekke is daar tot sowat 200 per jaar) en selde in die poolgebiede. Plek-plek op die groot Suid-Afrikaanse plato word verskeie donderstorms in ’n jaar beleef, maar langs die kus van byvoorbeeld die Wes-Kaap is daar gewoonlik baie minder.

Die rol van konveksie in die ontstaan van land- en seewinde

KONVEKSIE veroorsaak ook die briese langs die kus. Op ’n warm somerdag bak die son die land en raak dit warmer as die see. In die namiddag gee die land ’n deel van sy hitte af aan die lug. Die warm lug oor die land styg op. Koel lug beweeg van die see af in oor die land. Hierdie koel lug is ’n seewind.

In die nag, onder ’n wolkelose hemel, koel die land vinniger af as die see. Die lug oor die land raak koeler as die lug oor die see. Die koeler landlug beweeg seewaarts. Dit word ’n landwind genoem.

As jy naby die see woon, of daar vakansie hou, kan dit interessant wees om op hierdie veranderings in die windrigting te let.

Die aarde se kolkende seestrome wat as gevolg van konveksie aan die maal bly

KONVEKSIE op ’n enorme skaal hou ook in die aarde se oseane aan die maal. Trouens,  die grootste waterstrome op aarde is nie die riviere op die land nie, maar die seestrome in die see.

Die seewater in die omgewing van die ewenaar word sterk deur die son verhit. Die warm water is ligter in massa as die koue water na die suide en noorde. Dit lei tot magtige seestrome wat ál langs die vastelande heen vloei en die klimate van aangrensende landstreke beïnvloed afhangende daarvan of hulle warm of koue strome is.

Koue strome beweeg van die pole af in die rigting van die trope—warm strome van die trope af pole toe.

Die rigting van die seestrome word egter ook deur ander dinge bepaal, soos heersende winde, landvorms en die draaiing van die aarde om sy as. In die reël is die kolking soos die horlosiewysers loop in die Noordelike Halfrond en andersom in die Suidelike Halfrond.

Aan Suid-Afrika se weskus vloei die koue Benguelastroom noordwaarts na die ewenaar, terwyl die warm Mosambiekstroom langs ons ooskus suidwaarts beweeg.

En die konveksiestrome in die vuurwarm maag van die aarde

ONS dink dalk aan die aarde as ’n groot ronde bal van soliede gesteentes, maar dit is allermins die geval.  Dit is slegs die boonste "skilletjie", wat ons die aardkors noem, wat uit vaste silikaatgesteentes bestaan. Hierdie aardkors is net tussen vyf en sewentig kilometer dik, maar die straal van die aarde, dit wil sê die afstand van die oppervlak na die middelpunt is ’n hele 6371 kilometer.

Onder die aardkors lê die sogenaamde aardmantel. Dit strek sowat 2900 kilometer ondertoe en bevat ook baie silikate, wat vanweë die groot hitte in ’n plastiese, plooibare of sê maar taai-vloeibare toestand is.

Verder tot by die middelpunt lê die aardkern, waarvan die buitenste deel ’n gloeiend warm inferno van hoofsaaklik vloeiende yster is. Maar op ’n diepte van sowat 5100 kilometer stol selfs die yster onder die geweldige druk (omtrent 3,2 miljoen atmosfere!), met die gevolg dat die aarde wel ’n vaste bal in sy kern het.

Baie wetenskaplikes is dit eens dat daardie ronde binnekern uit soliede yster of yster-nikkel in ’n feitlik suiwer vorm bestaan—’n bal met straal van meer as duisend kilometer en dus ’n deursnee van by die twee en ’n halwe duisend kilometer. Kon ons maar net ’n deeltjie van al daardie yster ontgin het!

En die aarde se ingewande is gedurig aan die roer. In die buitekern, reken geoloë, is daar lewendige konveksiestrome deurdat die vloeibare yster van die superverhitte binnekern af opstyg en daarna neerdaal as dit kouer word—net om weer op te styg.

Hierdie eindelose kringloop het ’n dinamo-effek. Dit skep ’n magneetveld wat tot ver buite om die aarde strek. Die magneetveld help ons planeet beskerm teen vyandig gelaaide deeltjies wat die son vurig na ons toe uitwerp. Alles getuienis van die wonderlike harmonie in die skepping.

Benewens die strome in die buitekern, kom konveksiestrome ook in die aardmantel onder die aardkors voor, hoewel hulle baie stadiger beweeg. Die gevolge is egter dramaties: aardbewings, vuurspuwende berge, selfs vastelande wat beweeg!

Die aardkors is nie alles in een stuk soos die buitekant van ’n tennisbal nie, maar bestaan in der waarheid uit verskillende plate, omdat die rotsagtige oppervlak plek-plek gebars het. ’n Mens kan aan die plate dink as reusagtige vlotte van ligter gesteentes wat op ’n see van sagter en digter gesteentes dryf.

En hierdie see bly net soos die oseaan van water aan die beweeg... deur die natuurverskynsel van konveksie wat ons planeet op verskillende maniere so wonderlik bewoonbaar vir lewende wesens maak.

Het jy geweet?

ONVEKSIE kom ook in die son voor. Op ’n hoëresolusie-witligfoto van die son sien ’n mens ’n patroon wat nogal na graankorrels lyk. Hierdie korrelrigheid word deur baie groot konveksieselle veroorsaak. Die helder middeldeel van elke sel is die kruin van ’n stygende kolom warm gas. Die donker rande van elke korrel is die afgekoelde gas wat begin neerdaal om herverhit te word. Hierdie korrels is so groot soos die aarde en groter. Hulle is gedurig besig om te ontwikkel en te verander.

Klik hier om terug te keer na die inhoudsblad