Was ist Mantelkonvektion?
Mantelkonvektion ist der Prozess, durch den Wärme vom Erdkern nach oben an die Oberfläche übertragen wird. Es wird angenommen, dass die Erwärmung des Mantels durch den Kern Konvektionszellen erzeugt, in denen heißes Mantelmaterial mit zunehmender Abkühlung in Richtung der Kruste aufsteigt, bis es weniger dichtes Material erreicht, an welchem Punkt es sich ausbreitet und dann absinkt. Ähnliche Prozesse können in jeder Flüssigkeit über einer heißen oder warmen Oberfläche beobachtet werden - zum Beispiel in der Atmosphäre. Es wird angenommen, dass die Mantelkonvektion für die Plattentektonik, die Kontinentalverschiebung und den Vulkanismus verantwortlich ist.
Die Erde besteht aus drei Hauptschichten: dem Kern, dem Mantel und der Kruste. Es wird angenommen, dass der Kern hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht, jedoch mit einem hohen Anteil an radioaktiven Elementen; Der Zerfall dieser Elemente hält zusammen mit der von der Erdformation verbleibenden Wärme den Kern auf einer hohen Temperatur - vermutlich zwischen 5.432 und 10.832 ° F (3.000 und 6.000 ° C). Über dem Kern befindet sich der Mantel, eine Schicht aus heißem Metallsilikatmaterial mit einer Dicke von 2.900 km (1.800 Meilen), von dem angenommen wird, dass es im oberen Bereich im Wesentlichen flüssig ist, möglicherweise jedoch im unteren Bereich fest. Die oberste Schicht ist die Kruste, eine feste Schicht aus weniger dichtem Material, die auf dem Mantel schwimmt. Diese besteht aus einer ozeanischen Kruste - dem Meeresboden - mit einer Dicke von 6-11 km und einer kontinentalen Kruste mit einer Dicke von 30 km.
Die Kruste wird in Kontinentalplatten zerbrochen, die sich im Laufe der geologischen Geschichte langsam relativ zueinander bewegt, gespalten und zusammengefügt haben, vermutlich unter dem Einfluss von Konvektionsprozessen innerhalb des Mantels. Es wird angenommen, dass dort, wo sich ein aufsteigendes Mantelmaterial der Kruste nähert, die Ausbreitungsbewegung nach außen bewirkt, dass sich die Krustenabschnitte auf beiden Seiten auseinander bewegen. Es wird angenommen, dass sich der Atlantik auf diese Weise gebildet hat, und dieser Prozess dauert bis heute an. Entlang des Mittelatlantischen Rückens wird durch Mantelmaterial eine neue ozeanische Kruste gebildet. Es gibt auch eine Reihe von „Hot Spots“, an denen Mantelmaterial an der Oberfläche neues Land bildet - zum Beispiel auf Island und Hawaii. In einigen Gebieten - wie der Westküste Südamerikas - können Teile der ozeanischen Kruste unter die Kontinentalkruste rutschen und tief in den Erdmantel hinabsteigen. Diese werden als Subduktionszonen bezeichnet.
Während die Bewegung tektonischer Platten gut etabliert ist und durch beobachtbare Belege gestützt wird, können die Prozesse, die im Erdmantel ablaufen und die Tektonik antreiben, nicht direkt untersucht werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass dort Konvektionsprozesse ablaufen, deren genaue Natur jedoch noch unklar ist. Bei der Untersuchung der Mantelkonvektion müssen indirekte Methoden angewendet werden, beispielsweise das Verhalten von seismischen Wellen und die chemische Analyse von Mantelmaterial, das an der Oberfläche durch vulkanische Aktivität extrudiert wurde. Es wurde festgestellt, dass sich Proben von Mantelmaterial, die von verschiedenen Orten entnommen wurden, chemisch voneinander unterscheiden. Dies scheint im Widerspruch zu theoretischen Modellen zu stehen, bei denen die Konvektion über die gesamte Tiefe des Mantels stattfindet, da dies zu einer gründlichen Vermischung des Materials führen sollte, was zu einem chemisch homogenen Magma führt.
Eine Theorie der Mantelkonvektion muss die variable chemische Zusammensetzung des Mantelmaterials erklären und gleichzeitig mit anderen Beobachtungen und physikalischen Einschränkungen hinsichtlich der Mantelstruktur übereinstimmen. In einigen Modellen gibt es unterschiedliche Schichten, wobei die Konvektion in der oberen Schicht stattfindet und Materialfahnen aus der unteren Schicht aufsteigen. Bei anderen handelt es sich um „Kleckse“ aus uraltem, tiefem Material, die im oberen Mantel schwimmen. Eine unvollständige Vermischung von subkutaner Kruste mit Mantelmaterial kann ebenfalls eine Rolle spielen. Die Mantelkonvektion ist ein Bereich aktiver Forschung, und ab 2011 besteht kein Konsens über die Einzelheiten des Prozesses.