La dynamique de la Terre
La convection est un terme décrivant le flux de chaleur dans un fluide entraîné par la flottabilité dérivée de gradients de densité horizontaux. Les gradients de densité dans le manteau sont en grande partie dérivés des gradients de température horizontaux (et aussi des gradients horizontaux chimiques / compositionnels). Dans les couches limites thermiques (à travers lesquelles la température varie continuellement de la valeur de surface à la température moyenne du manteau), cette flottabilité provoque des instabilités, permettant au fluide de quitter la couche limite et de monter ou descendre dans tout l’intérieur du système.
Le manteau est un solide visco-élastique, ce qui signifie qu’il se comporte à la fois visqueux et élastiquement en réponse à une contrainte. La nature visqueuse du manteau est évidente dans le lent fluage du manteau se manifestant sous forme de tectonique des plaques à la surface de la Terre. La nature élastique de la roche du manteau est évidente dans la flexion du fond marin autour des chaînes d’îles océaniques (par exemple, Kearey, 2009). En supposant une couche crustale entièrement élastique recouvrant un fluide, la hauteur de flexion en réponse à une charge peut être déterminée. Ces valeurs théoriques peuvent être comparées à la réponse de la croûte océanique aux monts des fonds marins pour déterminer la réponse élastique du manteau.
La chaleur est retirée de l’intérieur d’une planète par conduction thermique ainsi que par convection subsolidus. La convection Subsolidus se produit par diffusion ou par fluage de dislocation dans un matériau solide. La différence de température entre l’intérieur et la surface de refroidissement d’une planète maintient le gradient thermique nécessaire à la convection.
La chaleur est la principale source d’énergie entraînant la convection dans le manteau. La chaleur dans le manteau provient de sources internes (désintégration radioactive des éléments uranium, thorium et potassium), de la chaleur dégagée par le noyau et du refroidissement séculaire de la planète dans son ensemble (chaleur résiduelle laissée par la formation planétaire et une production plus élevée de chauffage radioactif dans le passé).
La convection du manteau se manifeste à la surface de la Terre. Les dorsales médio-océaniques correspondent au site de matériel de manteau d’upwelling passif tandis que les tranchées océaniques correspondent à l’emplacement des descentes convectives (subduction). Le cycle d’upwelling et de convection descendante aide à recycler la lithosphère dans le manteau, en produisant une nouvelle lithosphère au niveau des crêtes et en l’éliminant dans les zones de subduction. La figure 2 montre une représentation d’une cellule de convection du manteau, avec un panache d’upwelling chaud (rouge) et une dalle de subduction froide (bleu). La figure 1 montre une représentation de la convection du manteau avec un panache d’upwelling, une remontée passive au niveau d’une crête médio-océanique et des dalles de sous-conduction (downwellings). Il montre également des provinces à grande vitesse de cisaillement faible, des zones à très faible vitesse et des zones de post-pérovskite.