De dynamiek van de aarde
Convectie is een term die de warmtestroom beschrijft in een vloeistof die wordt aangedreven door drijfvermogen dat is afgeleid van horizontale dichtheidsgradiënten. Dichtheidsgradiënten in de mantel zijn grotendeels afgeleid van horizontale temperatuurgradiënten (en ook chemische / compositorische horizontale gradiënten). In de thermische grenslagen (waarover de temperatuur continu varieert van de oppervlaktewaarde tot de gemiddelde manteltemperatuur) veroorzaakt dit drijfvermogen instabiliteit, waardoor vloeistof de grenslaag kan verlaten en door het hele systeem heen kan stijgen of dalen.
De mantel is een visco-elastische vaste stof, wat betekent dat het zich zowel viskeus als elastisch gedraagt als reactie op stress. De stroperige aard van de mantel is duidelijk in de langzame kruip van de mantel die zich manifesteert als platentektoniek op het aardoppervlak. De elastische aard van mantelgesteente is duidelijk in de zeebodembuiging rond oceaaneilandketens (bijv.Kearey, 2009). Door aan te nemen dat een volledig elastische aardkorstlaag over een vloeistof ligt, kan de buigingshoogte in reactie op een belasting worden bepaald. Deze theoretische waarden kunnen worden vergeleken met de reactie van de oceanische korst op zeebodembevestigingen om de elastische respons van de mantel te bepalen.
Warmte wordt uit het binnenste van een planeet verwijderd door thermische geleiding en door subsolidusconvectie. Subsolidusconvectie treedt op door diffusie of dislocatiekruip in een vast materiaal. Het temperatuurverschil tussen het binnenoppervlak en het koeloppervlak van een planeet handhaaft de thermische gradiënt die nodig is voor convectie.
Warmte is de belangrijkste energiebron die convectie in de mantel aandrijft. Warmte in de mantel is afkomstig van interne bronnen (radioactief verval van de elementen uranium, thorium en kalium), warmte die vrijkomt uit de kern en seculiere afkoeling van de planeet als geheel (restwarmte die overblijft na planetaire vorming en een hogere productie van radioactieve verwarming in het verleden).
Mantelconvectie manifesteert zich aan de oppervlakte van de aarde. Mid-oceanische ruggen komen overeen met de locatie van passief opwelling van mantelmateriaal, terwijl oceaansleuven overeenkomen met de locatie van convectieve neerwaartse bronnen (subductie). De cyclus van opwelling en neerwaartse convectie helpt de lithosfeer in de mantel te recyclen, waardoor nieuwe lithosfeer wordt geproduceerd op richels en deze wordt verwijderd in subductiezones. Figuur 2 toont een afbeelding van een mantelconvectiecel, met een hete opwellende pluim (rood) en een koude subducterende plaat (blauw). Figuur 1 toont een afbeelding van mantelconvectie met een opzwellende pluim, passieve opwelling op een mid-oceanische rug en subducterende platen (downwellings). Het toont ook provincies met grote en lage afschuifsnelheid, zones met ultralage snelheid en gebieden met post-perovskiet.