De mantel is de dikke laag hete, stevige rots tussen de aardkorst en het gesmolten ijzer kern. Het vormt het grootste deel van de aarde en is goed voor tweederde van de massa van de planeet. De mantel begint ongeveer 30 kilometer naar beneden en is ongeveer 2.900 kilometer dik.
De aarde heeft hetzelfde recept van elementen als de zon en de andere planeten (waarbij waterstof en helium worden genegeerd, die aan de zwaartekracht van de aarde zijn ontsnapt). Als we het ijzer in de kern aftrekken, kunnen we berekenen dat de mantel een mix is van magnesium, silicium, ijzer en zuurstof die ongeveer overeenkomt met de samenstelling van granaat.
Maar welke mix van mineralen op een bepaalde diepte precies aanwezig is, is een ingewikkelde vraag die niet stevig vaststaat. Het helpt dat we monsters van de mantel hebben, stukjes rots die meegenomen worden in bepaalde vulkaanuitbarstingen, vanaf diepten van 300 kilometer en verder. Deze laten zien dat het bovenste deel van de mantel uit de gesteentesoorten bestaat
peridotiet en eclogiet. Toch is het meest opwindende dat we van de mantel krijgen, diamanten.Het bovenste deel van de mantel wordt langzaam geroerd door de plaatbewegingen die erboven optreden. Dit wordt veroorzaakt door twee soorten activiteiten. Ten eerste is er de neerwaartse beweging van subducterende platen die onder elkaar schuiven. Ten tweede is er de opwaartse beweging van mantelgesteente die optreedt wanneer twee tektonische platen uit elkaar gaan en zich uit elkaar verspreiden. Al deze actie mengt de bovenmantel echter niet grondig, en geochemisten beschouwen de bovenmantel als een rotsachtige versie van marmeren cake.
De patronen van vulkanisme in de wereld weerspiegelen de actie van platentektoniek, behalve in een paar gebieden van de planeet die hotspots worden genoemd. Hotspots kunnen een aanwijzing zijn voor het stijgen en dalen van materiaal dat veel dieper in de mantel zit, mogelijk vanaf de bodem. Of misschien niet. Er is tegenwoordig een krachtige wetenschappelijke discussie over hotspots.
Onze krachtigste techniek om de mantel te verkennen, is het volgen van seismische golven van aardbevingen van de wereld. De twee verschillen soorten seismische golven, P-golven (analoog aan geluidsgolven) en S-golven (zoals de golven in een geschud touw), reageren op de fysieke eigenschappen van de rotsen waar ze doorheen gaan. Deze golven weerkaatsen sommige soorten oppervlakken en breken (buigen) wanneer ze andere soorten oppervlakken raken. We gebruiken deze effecten om de binnenkant van de aarde in kaart te brengen.
Onze hulpmiddelen zijn goed genoeg om de aardmantel te behandelen zoals artsen echo's van hun patiënten maken. Na een eeuw aardbevingen te hebben verzameld, kunnen we een aantal indrukwekkende kaarten van de mantel maken.
Mineralen en gesteenten veranderen onder hoge druk. Bijvoorbeeld het mantelmineraal olivijn verandert in verschillende kristalvormen op een diepte van ongeveer 410 kilometer en opnieuw op 660 kilometer.
We bestuderen het gedrag van mineralen onder mantelomstandigheden met twee methoden: computermodellen gebaseerd op de vergelijkingen van de minerale fysica en laboratoriumexperimenten. Moderne mantelstudies worden dus uitgevoerd door seismologen, computerprogrammeurs en laboratoriumonderzoekers die dat kunnen reproduceer nu omstandigheden overal in de mantel met hogedruk laboratoriumapparatuur zoals het diamant-aambeeld cel.
Een eeuw onderzoek heeft ons geholpen een aantal lege plekken in de mantel op te vullen. Het heeft drie hoofdlagen. De bovenste mantel strekt zich uit vanaf de basis van de korst (de Moho) tot een diepte van 660 kilometer. Het overgangsgebied ligt tussen 410 en 660 kilometer, waar op dieptes grote fysieke veranderingen optreden bij mineralen.
De onderste mantel strekt zich uit van 660 kilometer tot ongeveer 2.700 kilometer. Op dit punt worden seismische golven zo sterk beïnvloed dat de meeste onderzoekers geloven dat de rotsen eronder verschillend zijn in hun chemie, niet alleen in hun kristallografie. Deze controversiële laag onderaan de mantel, ongeveer 200 kilometer dik, heeft de vreemde naam "D-double-prime".
Omdat de mantel het grootste deel van de aarde is, is het verhaal van fundamenteel belang voor de geologie. Tijdens de geboorte van de aarde, begon de mantel als een oceaan van vloeistof magma bovenop de ijzeren kern. Terwijl het stolde, elementen die niet in de belangrijkste mineralen pasten, verzameld als een schuim bovenop - de korst. Daarna begon de mantel de langzame circulatie die hij de afgelopen vier miljard jaar heeft gehad. Het bovenste deel van de mantel is afgekoeld omdat het wordt geroerd en gehydrateerd door de tektonische bewegingen van de oppervlakteplaten.
Tegelijkertijd hebben we veel geleerd over de structuur van de zusterplaneten van de aarde, Mercurius, Venus en Mars. In vergelijking met hen heeft de aarde een actieve, gesmeerde mantel die heel speciaal is dankzij water, hetzelfde ingrediënt dat het oppervlak onderscheidt.