Mantelkonvektion är den process genom vilken värme från jordens kärna överförs uppåt till ytan. Man tror att uppvärmning av manteln vid kärnan skapar konvektionsceller där hett mantelmaterial stiger, kylande allt eftersom, mot skorpan tills det når mindre tätt material, vid vilken punkt det sprider sig ut och sedan sjunker. Liknande processer kan observeras i vilken vätska som helst ovanför en varm eller varm yta – till exempel atmosfären. Mantelkonvektion antas vara ansvarig för plattektonik och kontinentaldrift samt vulkanism.
Jorden består av tre huvudlager: kärnan, manteln och skorpan. Kärnan tros vara sammansatt huvudsakligen av järn och nickel, men med en hög andel radioaktiva ämnen; sönderfallet av dessa grundämnen, tillsammans med värme som blir över från jordens bildning, håller kärnan vid en hög temperatur – tros vara mellan 5,432 10,832 och 3,000 6,000 °F (1,800 2,900 och 4 7 °C.) Ovanför kärnan sitter manteln, ett lager av hett metallsilikatmaterial 6 11 miles (19 30 km) tjockt, tros vara i huvudsak flytande i dess övre delar, men möjligen fast nedre delen. Det översta lagret är skorpan, ett fast lager av mindre tätt material som flyter på manteln. Denna består av oceanisk skorpa – havsbotten – XNUMX-XNUMX miles (XNUMX-XNUMX km) tjock och kontinental skorpa, XNUMX miles (XNUMX km) tjock.
Skorpan bryts upp i kontinentala plattor, som genom geologisk historia långsamt har rört sig i förhållande till varandra, splittrats och sammanfogats, förmodligen under påverkan av konvektionsprocesser i manteln. Man tror att där ett stigande mantelmaterial närmar sig skorpan, får den utåtgående spridningsrörelsen att delarna av skorpan på vardera sidan flyttas isär. Atlanten tros ha bildats på detta sätt och processen fortsätter idag, med ny oceanisk skorpa som bildas av mantelmaterial längs den mittatlantiska åsen. Det finns också ett antal ”hot spots” där mantelmaterial bildar nytt land vid ytan – till exempel Island och Hawaii. I vissa områden – som Sydamerikas västkust – kan delar av oceanisk skorpa glida under den kontinentala skorpan och sjunka djupt ner i manteln; dessa är kända som subduktionszoner.
Även om rörelsen av tektoniska plattor är väl etablerad och stöds av observerbara bevis, kan de processer som pågår inom jordens mantel som driver tektoniken inte undersökas direkt. Det verkar mycket troligt att konvektionsprocesser är igång där, men deras exakta natur är fortfarande oklart. Undersökningar av mantelkonvektion måste använda indirekta metoder, såsom beteendet hos seismiska vågor och kemisk analys av mantelmaterial som har extruderats vid ytan genom vulkanisk aktivitet. Prover av mantelmaterial tagna från olika platser har visat sig skilja sig kemiskt från varandra. Detta tycks strida mot teoretiska modeller där konvektion sker genom hela manteldjupet eftersom detta bör leda till en grundlig blandning av material, vilket resulterar i en kemiskt homogen magma.
En teori om mantelkonvektion måste förklara den varierande kemiska sammansättningen av mantelmaterial samtidigt som den överensstämmer med andra observationer och fysikaliska begränsningar för mantelns struktur. I vissa modeller finns det distinkta skikt, med konvektion i det övre skiktet och plymer av material som stiger upp från det undre skiktet. Andra involverar ”blobbar” av gammalt, djupt material som flyter i den övre manteln. Ofullständig blandning av subducerad oceanisk skorpa med mantelmaterial kan också spela en roll. Mantelkonvektion är ett område för aktiv forskning och det finns, från och med 2011, ingen konsensus om detaljerna i processen.