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Imagen de entrada: Lago de lava en el cráter Halema‘uma‘u Kilauea, Hawai‘i, EE.UU. (Foto: Ivan Vtorov, 2012, Wikipedia)
La convección, o corrientes de convección, es un principio físico basado en el equilibrio isostático. Cuando se calientan materiales, ya sean sólidos, líquidos o gaseosos, la intensidad del movimiento browniano en su interior aumenta, ya que las moléculas individuales se mueven más rápido y requieren un poco más de espacio para este movimiento. Esto provoca que la masa se expanda ligeramente y se vuelva, en consecuencia, menos densa. Como resultado, asciende según el principio del equilibrio isostático. Podemos encontrar ejemplos de esto en nuestros hogares, como cuando el aire caliente asciende y el aire frío desciende.
Un experimento con agua calentada ilustra este principio: si se calienta agua en una olla en un punto, por ejemplo, con un mechero Bunsen, se aplica calor por encima de la llama, lo que provoca que el agua suba en ese punto al perder densidad. Se enfría en la superficie y vuelve a descender por las paredes de la olla. Esto crea un ciclo conocido como convección; el agua se mueve en una corriente de convección.
Fig. 3.5.1: Modelo para la formación de corrientes de convección (Meschede, inédito, 2022). (kalt = frío, heiß = caliente)
Estas corrientes de convección también se encuentran en el manto terrestre y, presumiblemente, también en su núcleo. Si bien el manto terrestre no es líquido como el agua, es móvil; solo que los movimientos ocurren a velocidades extremadamente bajas. Los medimos en centímetros por año, no en centímetros por segundo como en el modelo del agua. Unos pocos centímetros por año son las velocidades que conocemos de los movimientos de las placas en la superficie terrestre, y el manto terrestre se mueve a una velocidad similar. Permanece fluido a lo largo de escalas de tiempo de muchos millones de años.
Fig. 3.5.2: Modelo de flujos del manto de Wikipedia, que muestra grandes corrientes de convección simétricas que descienden en una zona de subducción y ascienden por debajo de una zona de dispersión. Wikipedia (2022)
Las corrientes de convección desempeñan un papel crucial en la tectónica de placas, en particular en su movimiento. Incluso en los primeros modelos de las décadas de 1960 y 1970, las corrientes de convección en el manto terrestre se representaban como impulsores esenciales del movimiento de las placas. Sin embargo, la mayoría de las ilustraciones disponibles en línea o en innumerables variantes de libros (por ejemplo, véase la Figura 3.5.2 de Wikipedia) muestran las corrientes de convección en el manto terrestre como enormes celdas convectivas. En estos modelos, la litosfera fría se hunde en las zonas de subducción, se recalienta en el manto más profundo y luego asciende de nuevo como una corriente caliente directamente debajo de la zona de dispersión. Sin embargo, esta visión simplista es inexacta.
Si la convección en el manto terrestre realmente ocurriera como se describe en el artículo de Wikipedia (Fig. 3.5.2), las celdas convectivas permanecerían inalteradas y en la misma ubicación. Sin embargo, los océanos se forman constantemente a medida que se crea nueva litosfera oceánica en las zonas de dispersión, pero también desaparecen por subducción completa. En este modelo, el cierre de un océano sería imposible. El océano Atlántico, por ejemplo, no se ajusta en absoluto a este modelo, ya que no existen zonas de subducción a lo largo de sus márgenes, salvo las pequeñas áreas del Caribe y Georgias del Sur, ni en el lado americano ni en el europeo ni en el africano. Pero en el medio, entre las dos placas, existe una zona de dispersión que ha estado activa durante millones de años.
Fig. 3.5.3: Extensión localmente limitada de las celdas convectivas en el área de una zona de dispersión (Meschede, inédito, 2022).
Las zonas de dispersión no desempeñan un papel tan importante en las corrientes del manto como se creía anteriormente. Bajo los centros de dispersión, justo debajo del rift donde se forma la corteza oceánica, se forman celdas convectivas locales más pequeñas. Las corrientes del manto globales a gran escala solo se encuentran en las regiones más profundas del manto.
Fig. 3.5.4: Modelo de corrientes de convección en el manto terrestre (para abreviaturas, véase la Fig. 3.5.6; Meschede, inédito, 2022, modificado de Frisch & Meschede, 2025)
Los flujos del manto son de gran escala, por lo que debe evitarse el término a veces utilizado «rodillos convectivos». Estos flujos contribuyen al intercambio de masas frías y cálidas. En el modelo de la Fig. 3.5.4, la litosfera fría también desciende en las zonas de subducción. La diferencia clave con el modelo del manto de la Fig. 3.5.2 es que los flujos no ascienden por debajo de las zonas de dispersión, sino que se distribuyen ampliamente en puntos calientes ascendentes.
Fig. 3.5.5: Distribución global de puntos calientes (modificado de Frisch & Meschede, 2025)
Los puntos calientes no se distribuyen estadísticamente por toda la Tierra (Fig. 3.5.5). Existen dos grupos, uno alrededor de África y el Atlántico oriental, y otro en el Pacífico central y oriental, relacionados con el sistema de intercambio de calor a gran escala de la Tierra.
Fig. 3.5.6: Sección transversal de la Tierra vista desde el Polo Sur. LLSVP = grandes provincias de baja velocidad de ondas transversales sísmicas (large low shearwave velocity provinces), PGZ = zona de generación de penachos (plume generation zone), D” = zona de transición entre la litosfera oceánica en hundimiento y LLSVP; las litosferas oceánica y continental están muy exageradas (modificado de Frisch & Meschede, 2025).
La Figura 3.5.6 muestra una sección transversal de la Tierra paralela al ecuador (vista desde el Polo Sur, mirando hacia abajo). La Tierra puede dividirse, a grandes rasgos, en cuatro regiones: áreas de subducción directamente opuestas entre sí, y, en ángulos aproximadamente rectos con respecto a estas, áreas que contienen puntos calientes. Se estima que actualmente existen entre 40 y 50 de estos puntos calientes en todo el mundo. Los puntos calientes de Hawai’i, Yellowstone, los Campos Flégreos cerca de Nápoles y las Islas Canarias, con el volcán recientemente en erupción en La Palma, son ejemplos bien conocidos.
Los fenómenos de subducción y puntos calientes no ocurren simultáneamente. Si bien a veces se encuentran relativamente cerca, no coinciden de tal manera que un punto caliente se ubique directamente dentro de una zona de subducción. En cambio, existen zonas de expansión bajo las cuales se ubica un punto caliente, como en Islandia. Allí, un punto caliente se encuentra directamente bajo la dorsal mesoatlántica. El punto caliente ha elevado la corteza oceánica, por lo que hoy en día la dorsal con su zona de dispersión puede observarse desde tierra. Este es uno de los pocos lugares de la Tierra donde esto es posible. Normalmente, las zonas de dispersión se encuentran en sus dorsales oceánicas, a profundidades superiores a los 2000 m.
3.5 Corrientes de convección en el manto terrestre
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