Il mantello è lo spesso strato di roccia calda e solida tra il la crosta terrestre e il ferro fuso nucleo. Compone la maggior parte della Terra, rappresentando i due terzi della massa del pianeta. Il mantello inizia circa 30 chilometri in giù e ha uno spessore di circa 2.900 chilometri.
La Terra ha la stessa ricetta di elementi del Sole e degli altri pianeti (ignorando l'idrogeno e l'elio, che sono sfuggiti alla gravità terrestre). Sottraendo il ferro nel nucleo, possiamo calcolare che il mantello è una miscela di magnesio, silicio, ferro e ossigeno che corrisponde approssimativamente alla composizione di granato.
Ma esattamente quale mix di minerali è presente a una data profondità è una domanda complessa che non è risolta saldamente. Ci aiuta a prelevare campioni dal mantello, pezzi di roccia trasportati in alcune eruzioni vulcaniche, da profondità come 300 chilometri e oltre. Questi mostrano che la parte superiore del mantello è costituita dai tipi di roccia peridotiti e eclogite. Tuttavia, la cosa più eccitante che otteniamo dal mantello è quadri.
La parte superiore del mantello viene agitata lentamente dai movimenti della placca che si verificano sopra di esso. Ciò è causato da due tipi di attività. Innanzitutto, c'è il movimento verso il basso delle piastre di subduzione che scorrono l'una sotto l'altra. In secondo luogo, c'è il movimento verso l'alto della roccia del mantello che si verifica quando due placche tettoniche si separano e si allargano. Tutta questa azione, tuttavia, non mescola accuratamente il mantello superiore ei geochimici pensano al mantello superiore come una versione rocciosa della torta di marmo.
Il modelli di vulcanismo del mondo riflettere l'azione di tettonica a zolle, tranne in alcune aree del pianeta chiamate hotspot. Gli hotspot possono essere un indizio per l'ascesa e la caduta di materiale molto più in profondità nel mantello, possibilmente dal suo fondo. O forse no. Oggi c'è una vigorosa discussione scientifica sugli hotspot.
La nostra tecnica più potente per esplorare il mantello è il monitoraggio delle onde sismiche dai terremoti del mondo. I due diversi tipi di onda sismica, Onde P (analoghe alle onde sonore) e onde S (come le onde di una corda agitata), rispondono alle proprietà fisiche delle rocce che attraversano. Queste onde si riflettono su alcuni tipi di superfici e si riflettono (piegano) quando colpiscono altri tipi di superfici. Usiamo questi effetti per mappare gli interni della Terra.
I nostri strumenti sono abbastanza buoni per trattare il mantello terrestre nel modo in cui i medici fanno le immagini ad ultrasuoni dei loro pazienti. Dopo un secolo di raccolta dei terremoti, siamo in grado di creare alcune impressionanti mappe del mantello.
I minerali e le rocce cambiano ad alta pressione. Ad esempio, il minerale del mantello comune olivina cambia in diverse forme di cristallo a una profondità di circa 410 chilometri e di nuovo a 660 chilometri.
Studiamo il comportamento dei minerali in condizioni di mantello con due metodi: modelli computerizzati basati sulle equazioni della fisica minerale ed esperimenti di laboratorio. Pertanto, i moderni studi sul mantello sono condotti da sismologi, programmatori di computer e ricercatori di laboratorio che possono farlo ora riproducono condizioni ovunque nel mantello con attrezzature da laboratorio ad alta pressione come l'incudine di diamante cellula.
Un secolo di ricerche ci ha aiutato a riempire alcuni degli spazi vuoti nel mantello. Ha tre livelli principali. Il mantello superiore si estende dalla base della crosta (il Moho) fino a 660 chilometri di profondità. La zona di transizione si trova tra 410 e 660 chilometri, a profondità in cui si verificano importanti cambiamenti fisici ai minerali.
Il mantello inferiore si estende da 660 chilometri fino a circa 2.700 chilometri. A questo punto, le onde sismiche sono influenzate così fortemente che la maggior parte dei ricercatori ritiene che le rocce sottostanti siano diverse nella loro chimica, non solo nella loro cristallografia. Questo controverso strato nella parte inferiore del mantello, spesso circa 200 chilometri, ha lo strano nome "D-double-prime".
Poiché il mantello è la maggior parte della Terra, la sua storia è fondamentale per la geologia. Durante la nascita della Terra, il mantello iniziò come un oceano di liquido magma in cima al nucleo di ferro. Man mano che si solidificava, gli elementi che non si adattavano ai principali minerali raccolti come una schiuma in cima: la crosta. Successivamente, il mantello ha iniziato la lenta circolazione che ha avuto negli ultimi quattro miliardi di anni. La parte superiore del mantello si è raffreddata perché agitata e idratata dai movimenti tettonici delle placche di superficie.
Allo stesso tempo, abbiamo imparato molto sulla struttura dei pianeti gemelli terrestri Mercurio, Venere e Marte. Rispetto a loro, la Terra ha un mantello attivo e lubrificato, molto speciale grazie all'acqua, lo stesso ingrediente che ne distingue la superficie.