Erdmantel

Der Erdmantel unterscheidet sich in seinen mechanischen Eigenschaften und seiner chemischen Zusammensetzung erheblich von der Erdkruste. Mantelgestein besteht aus Olivin, verschiedenen Pyroxenen und anderen mafischen Mineralen. Mantelgestein zeigt daher einen höheren Anteil an Eisen und Magnesium und einen geringeren Anteil an Silicium und Aluminium. Die Unterscheidung zwischen Erdkruste und Erdmantel beruht im wesentlichen auf dem unterschiedlichen Chemismus.

Im Erdmantel herrschen Temperaturen zwischen einigen 100°C an der Mantelobergrenze und über 3500°C an der Mantel-Kern-Grenze. Obwohl diese Temperaturen insbesondere in tieferen Bereichen den Schmelzpunkt des Mantelmateriales bei weitem übersteigt, besteht der Erdmantel fast ausschließlich aus festem Gestein. Der enorme lithostatische Druck im Erdmantel verhindert die Bildung von Schmelzen, da Gestein im festen Zustand ein geringeres Volumen beansprucht als im flüssigen.

Druck- und Temperaturverhältnisse im Erdmantel führen dazu, daß das Mantelmaterial auch im festen Zustand fließfähig ist. Mantelgestein ist daher auch nicht mehr spröde (im Gegensatz zu Krustengesteinen) sondern plastisch verformbar (wie z. B. Knetmasse), und zerbricht deswegen auch nicht. Daher kann es unterhalb von ca. 300 km Tiefe keine Erdbeben mehr geben. Die Grenze zwischen dem plastischen Erdmantel und der äußeren, spröden, auch Lithosphäre genannten, Hülle fällt jedoch nicht mit der Grenze zwischen der (chemisch definierten) Erdkruste und dem Erdmantel zusammen, verläuft vielmehr innerhalb des Erdmantels. Die Lithosphäre umfaßt neben der spröden Erdkruste auch die äußersten, ebenfalls spröden, Bereiche des (chemisch definierten) Erdmantels. Die Grenze zwischen Lithosphäre und dem Erdmantel ist ein dünner, d.h. einige 10 km mächtiger, Bereich, der sich durch einen verhältnismäßig hohen Anteil an geschmolzenem Material auszeichnet (jedoch überwiegend aus festem Material besteht).

Bedingt durch den Temperaturunterschied zwischen der Erdkruste und dem äußeren Erdkern findet im Erdmantel eine konvektive Stoffzirkulation statt, der nicht zuletzt durch die Fließfähigkeit des Mantelmateriales ermöglicht wird. Dabei steigt heißes Material von der Kern-Mantel-Grenze als Diapir in höhere Bereiche des Erdmantels auf, während kühleres (und schwereres) Material nach unten sinkt. Während des Aufstieges kühlt das Mantelmaterial adiabatisch ab, d.h. seine Temperatur wird geringer, da sich aufgrund der mit dem Aufstieg verbundenen Druckentlastung seine Wärmemenge auf ein größeres Volumen verteilt. In der Nähe der Lithosphäre kann die Druckentlastung dazu führen, das Material des Manteldiapirs partiell aufschmilzt (und Vulkanismus und Plutonismus verursacht).

Die Konvektion des Erdmantels ist ein chaotischer (im Sinne der Strömungsmechanik) Prozeß, der die Kontinentaldrift antreibt. Die Bewegungen der Kontinente und des Erdmantels sind dabei partiell entkoppelt, da aufgrund der Rigidität der Erdkruste sich eine Krustenplatte nur als ganzes bewegen kann. Die Kontinentaldrift ist daher nur ein unscharfes Abbild der Bewegungen an der Obergrenze des Erdmantels.