Mantelkonvektion ist der Prozess, bei dem Wärme vom Erdkern nach oben an die Erdoberfläche übertragen wird. Es wird angenommen, dass die Erwärmung des Mantels durch den Kern Konvektionszellen erzeugt, in denen heißes Mantelmaterial aufsteigt und sich dabei abkühlt, in Richtung der Kruste, 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. Man nimmt an, dass Mantelkonvektion für Plattentektonik und Kontinentalverschiebung sowie 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, zusammen mit der Wärme, die von der Erdformation übrig bleibt, hält den Kern auf einer hohen Temperatur – vermutlich zwischen 5,432 und 10,832 ° F (3,000 und 6,000 ° C). Über dem Kern sitzt der Mantel, eine Schicht aus heißem Metallsilikatmaterial mit einer Dicke von 1,800 km, von dem angenommen wird, dass es im oberen Bereich im Wesentlichen flüssig ist, aber möglicherweise im unteren Bereich fest. Die oberste Schicht ist die Kruste, eine feste Schicht aus weniger dichtem Material, die auf dem Mantel schwimmt. Dies besteht aus ozeanischer Kruste – dem Meeresboden – 2,900-4 Meilen (7-6 km) dick und kontinentaler Kruste, 11 Meilen (19 km) dick.
Die Kruste wird in Kontinentalplatten gebrochen, die sich im Laufe der Erdgeschichte langsam relativ zueinander bewegt, gespalten und miteinander verbunden haben, vermutlich unter dem Einfluss von Konvektionsprozessen innerhalb des Mantels. Es wird angenommen, dass dort, wo sich ein aufsteigendes Mantelmaterial der Kruste nähert, die nach außen gerichtete Ausbreitungsbewegung dazu führt, dass sich die Krustenabschnitte auf beiden Seiten auseinander bewegen. Es wird angenommen, dass sich der Atlantische Ozean auf diese Weise gebildet hat, und der Prozess wird bis heute fortgesetzt, wobei neue ozeanische Kruste durch Mantelmaterial entlang des Mittelatlantischen Rückens gebildet wird. Es gibt auch eine Reihe von „Hot Spots“, an denen Mantelmaterial neues Land an der Oberfläche bildet – zum Beispiel Island und Hawaii. In einigen Gebieten – wie der Westküste Südamerikas – können Abschnitte der ozeanischen Kruste unter die kontinentale Kruste rutschen und tief in den Mantel absteigen; diese werden als Subduktionszonen bezeichnet.
Während die Bewegung tektonischer Platten gut etabliert und durch beobachtbare Beweise gestützt wird, können die Prozesse, die im Erdmantel ablaufen, die die Tektonik antreiben, nicht direkt untersucht werden. Es scheint sehr wahrscheinlich, dass dort Konvektionsprozesse am Werk sind, aber ihre genaue Natur bleibt unklar. Untersuchungen der Mantelkonvektion müssen indirekte Methoden verwenden, wie das Verhalten seismischer Wellen und die chemische Analyse von Mantelmaterial, das durch vulkanische Aktivität an der Oberfläche extrudiert wurde. Es wurde festgestellt, dass sich von verschiedenen Orten entnommene Proben von Mantelmaterial chemisch voneinander unterscheiden. Dies scheint im Widerspruch zu theoretischen Modellen zu stehen, bei denen Konvektion durch die gesamte Tiefe des Mantels stattfindet, da dies zu einer gründlichen Durchmischung des Materials führen sollte, was zu einem chemisch homogenen Magma führt.
Eine Theorie der Mantelkonvektion muss die veränderliche chemische Zusammensetzung des Mantelmaterials erklären und gleichzeitig mit anderen Beobachtungen und physikalischen Beschränkungen hinsichtlich der Mantelstruktur übereinstimmen. In einigen Modellen gibt es unterschiedliche Schichten, wobei in der oberen Schicht Konvektion stattfindet und aus der unteren Schicht Materialwolken aufsteigen. Andere beinhalten „Klumpen“ aus uraltem, tiefem Material, die im oberen Mantel schweben. Auch eine unvollständige Vermischung von subduzierter ozeanischer Kruste mit Mantelmaterial kann eine Rolle spielen. Die Mantelkonvektion ist ein aktives Forschungsgebiet und seit 2011 besteht kein Konsens über die Details des Verfahrens.