Die Dynamik der Erde
Konvektion ist ein Begriff, der den Wärmefluss in einer Flüssigkeit beschreibt, der durch Auftrieb angetrieben wird, der aus horizontalen Dichtegradienten abgeleitet wird. Dichtegradienten im Mantel werden größtenteils von horizontalen Temperaturgradienten (und auch chemischen / zusammensetzungshorizontalen Gradienten) abgeleitet. In den thermischen Grenzschichten (über die die Temperatur kontinuierlich vom Oberflächenwert bis zur mittleren Manteltemperatur variiert) verursacht dieser Auftrieb Instabilitäten, wodurch Flüssigkeit die Grenzschicht verlassen und im gesamten Systeminneren steigen oder fallen kann.
Der Mantel ist ein viskoelastischer Feststoff, dh er verhält sich sowohl viskos als auch elastisch als Reaktion auf eine Belastung. Die viskose Natur des Mantels zeigt sich im langsamen Kriechen des Mantels, das sich als Plattentektonik auf der Erdoberfläche manifestiert. Die elastische Natur von Mantelgestein zeigt sich in der Biegung des Meeresbodens um Ozeaninselketten (z. B. Kearey, 2009). Unter der Annahme einer vollständig elastischen Krustenschicht, die über einer Flüssigkeit liegt, kann die Höhe der Biegung als Reaktion auf eine Last bestimmt werden. Diese theoretischen Werte können mit der Reaktion der ozeanischen Kruste auf Meeresbodenhalterungen verglichen werden, um die elastische Reaktion des Mantels zu bestimmen.
Wärme wird durch Wärmeleitung sowie Subsolidus-Konvektion aus dem Inneren eines Planeten abgeführt. Subsolidus-Konvektion entsteht durch Diffusion oder Versetzungskriechen in einem festen Material. Der Temperaturunterschied zwischen dem Inneren und der Kühlfläche eines Planeten hält den für die Konvektion erforderlichen Wärmegradienten aufrecht.
Wärme ist die Hauptenergiequelle, die die Konvektion im Mantel antreibt. Die Wärme im Mantel stammt aus internen Quellen (radioaktiver Zerfall der Elemente Uran, Thorium und Kalium), der vom Kern freigesetzten Wärme und der säkularen Abkühlung des gesamten Planeten (Restwärme, die durch die Planetenbildung und eine höhere Produktion übrig bleibt) der radioaktiven Erwärmung in der Vergangenheit).
Mantelkonvektion manifestiert sich an der Erdoberfläche. Mittelozeanische Grate entsprechen dem Ort des passiven Auftriebsmantelmaterials, während Ozeangräben dem Ort konvektiver Absenkungen entsprechen (Subduktion). Der Zyklus der Auf- und Abwärtskonvektion hilft dabei, die Lithosphäre in den Mantel zu recyceln, neue Lithosphäre an Graten zu erzeugen und sie an Subduktionszonen zu entfernen. 2 zeigt eine Darstellung einer Mantelkonvektionszelle mit einer heißen Aufwärtsfahne (rot) und einer kalten Subduktionsplatte (blau). Abbildung 1 zeigt eine Darstellung der Mantelkonvektion mit einer aufsteigenden Wolke, einer passiven Aufwärtsbewegung auf einem Mittelozeanergrat und subtrahierenden Platten (Abwärtsbewegungen). Es zeigt auch Provinzen mit großer und niedriger Schergeschwindigkeit, Zonen mit extrem niedriger Geschwindigkeit und Gebiete mit Post-Perowskit.