Le correnti di convezione sono movimenti causati da variazioni di temperatura in corpi liquidi o gassosi. In tali corpi, il materiale più caldo tende a salire, spostando il materiale più freddo, che viene fatto circolare altrove; il movimento continuo creato da questo processo è noto come cella di convezione. Le correnti convettive sono responsabili di molti fenomeni nel mondo naturale, sebbene la loro importanza sia spesso trascurata. Gli oceani, le nuvole temporalesche e la crosta terrestre sono tutti sistemi su larga scala interessati da queste correnti. Su scale più piccole, possono essere osservate in una pentola di acqua bollente o in una tazza di caffè.
Il calore fa muovere rapidamente le singole molecole di materia. In un fluido, intendendo in questo caso qualsiasi sostanza liquida o gassosa, queste molecole riscaldate si espandono, divenendo meno dense. Questo li fa salire all’interno del fluido, spostando eventuali molecole più fredde già presenti. Queste molecole più fredde si sposteranno altrove nel fluido; se incontrano una fonte di calore, si agitano e si alzano, mentre le molecole precedentemente riscaldate si raffreddano e scendono. Questo effetto crea celle di convezione, che a loro volta provocano correnti di convezione.
Le correnti di convezione provocano gli effetti che si possono osservare in una pentola di riscaldamento dell’acqua su una stufa. L’acqua sul fondo della pentola, più vicina al fornello, si scalda rapidamente e risale in superficie. Le bolle dimostrano l’agitazione delle molecole d’acqua riscaldata, che fanno circolare il calore fino a quando tutta l’acqua non bolle. L’effetto può essere osservato più facilmente versando la panna in una tazza di caffè calda. Anche senza mescolare, la crema inizierà a circolare attraverso il caffè più caldo e la differenza di colore nei due liquidi rende facile osservare i modelli di convezione.
Su larga scala, le correnti di convezione regolano il moto dell’atmosfera intorno alla Terra. L’aria riscaldata dal sole si sposta in regioni e aree più fredde, causando il cambiamento dei modelli meteorologici. Le nuvole si creano quando l’aria calda e umida si alza e incontra l’aria più fresca ad altitudini più elevate. Le azioni delle celle di convezione sulle nuvole possono causare temporali e, occasionalmente, eventi più spettacolari. I tornado e gli uragani derivano entrambi dalla violenta agitazione dell’aria e dell’umidità causata dal calore che si muove attraverso l’atmosfera.
Tra i loro vari altri effetti, le correnti convettive sono anche responsabili di terremoti e attività sismica. La superficie terrestre è costituita da una serie di masse di terra solida che galleggiano su correnti di roccia liquefatta. Questo liquido sotterraneo, chiamato magma, è soggetto al moto delle celle di convezione, proprio come lo sono altri liquidi. Le correnti di convezione nel magma possono causare l’innalzamento o la collisione delle masse terrestri, chiamate placche tettoniche. Ciò può provocare eruzioni vulcaniche, terremoti e altre catastrofiche attività sismiche.