La convection du manteau est le processus par lequel la chaleur du noyau terrestre est transférée vers la surface. On pense que le chauffage du manteau par le noyau crée des cellules de convection dans lesquelles la matière chaude du manteau monte, se refroidissant au fur et à mesure, vers la croûte jusqu’à ce qu’elle atteigne une matière moins dense, à quel point elle s’étale puis descend. Des processus similaires peuvent être observés dans n’importe quel fluide au-dessus d’une surface chaude ou chaude – par exemple, l’atmosphère. La convection du manteau est supposée être responsable de la tectonique des plaques et de la dérive des continents ainsi que du volcanisme.
La Terre est constituée de trois couches principales : le noyau, le manteau et la croûte. Le noyau serait composé principalement de fer et de nickel, mais avec une forte proportion d’éléments radioactifs ; la désintégration de ces éléments, ainsi que la chaleur laissée par la formation de la Terre, maintiennent le noyau à une température élevée – estimée entre 5,432 10,832 et 3,000 6,000 °C. Au-dessus du noyau se trouve le manteau, une couche de matériau de silicate de métal chaud de 1,800 2,900 km d’épaisseur, considéré comme essentiellement liquide dans sa partie supérieure, mais peut-être solide plus bas. La couche supérieure est la croûte, une couche solide de matériau moins dense qui flotte sur le manteau. Il s’agit d’une croûte océanique – le fond océanique – de 4 à 7 km d’épaisseur et d’une croûte continentale de 6 km d’épaisseur.
La croûte est divisée en plaques continentales qui, tout au long de l’histoire géologique, se sont lentement déplacées les unes par rapport aux autres, se sont séparées et se sont jointes, vraisemblablement sous l’influence des processus de convection au sein du manteau. On pense que là où un matériau du manteau montant s’approche de la croûte, le mouvement de propagation vers l’extérieur provoque l’écartement des sections de croûte de chaque côté. On pense que l’océan Atlantique s’est formé de cette manière et le processus se poursuit aujourd’hui, une nouvelle croûte océanique étant formée par le matériau du manteau le long de la dorsale médio-atlantique. Il existe également un certain nombre de points chauds où le matériau du manteau forme de nouvelles terres à la surface – par exemple, l’Islande et Hawaï. Dans certaines régions, comme la côte ouest de l’Amérique du Sud, des sections de croûte océanique peuvent glisser sous la croûte continentale et descendre profondément dans le manteau ; celles-ci sont appelées zones de subduction.
Alors que le mouvement des plaques tectoniques est bien établi et soutenu par des preuves observables, les processus en cours dans le manteau terrestre qui entraînent la tectonique ne peuvent pas être étudiés directement. Il semble très probable que des processus de convection y soient à l’œuvre, mais leur nature exacte reste incertaine. Les enquêtes sur la convection du manteau doivent utiliser des méthodes indirectes, telles que le comportement des ondes sismiques et l’analyse chimique du matériau du manteau qui a été extrudé à la surface par l’activité volcanique. Des échantillons de matériau du manteau prélevés à différents endroits se sont avérés être chimiquement différents les uns des autres. Cela semble entrer en conflit avec les modèles théoriques où la convection a lieu à travers toute la profondeur du manteau car cela devrait conduire à un mélange complet de la matière, résultant en un magma chimiquement homogène.
Une théorie de la convection du manteau doit expliquer la composition chimique variable du matériau du manteau tout en concordant avec d’autres observations et contraintes physiques quant à la structure du manteau. Dans certains modèles, il existe des couches distinctes, la convection ayant lieu dans la couche supérieure et des panaches de matière s’élevant de la couche inférieure. D’autres impliquent des gouttes de matière ancienne et profonde flottant dans le manteau supérieur. Le mélange incomplet de la croûte océanique subductée avec le matériau du manteau peut également jouer un rôle. La convection du manteau est un domaine de recherche active et il n’y a, à partir de 2011, aucun consensus sur les détails du processus.