Mantel adalah lapisan tebal batuan padat yang panas di antara keduanya kerak bumi dan besi cair inti. Itu membentuk sebagian besar Bumi, terhitung dua pertiga dari massa planet. Mantel dimulai sekitar 30 kilometer ke bawah dan tebal sekitar 2.900 kilometer.
Bumi memiliki resep unsur yang sama dengan Matahari dan planet-planet lain (mengabaikan hidrogen dan helium, yang telah lolos dari gravitasi Bumi). Mengurangkan besi dalam inti, kita dapat menghitung bahwa mantel adalah campuran dari magnesium, silikon, zat besi, dan oksigen yang secara kasar sesuai dengan komposisi batu delima.
Tapi apa sebenarnya campuran mineral yang ada pada kedalaman tertentu adalah pertanyaan rumit yang tidak terselesaikan dengan baik. Ini membantu bahwa kita memiliki sampel dari mantel, bongkahan batu yang terbawa dalam letusan gunung berapi tertentu, dari kedalaman seperti 300 kilometer dan lebih. Ini menunjukkan bahwa bagian paling atas mantel terdiri dari jenis batuan peridotit dan eclogite. Namun, hal paling menarik yang kami dapatkan dari mantel adalah berlian.
Bagian atas mantel perlahan-lahan diaduk oleh gerakan lempeng yang terjadi di atasnya. Ini disebabkan oleh dua jenis aktivitas. Pertama, ada gerakan ke bawah lempeng penunjaman yang meluncur di bawah satu sama lain. Kedua, ada gerakan ke atas batuan mantel yang terjadi ketika dua lempeng tektonik terpisah dan menyebar terpisah. Namun, semua tindakan ini tidak mencampur mantel atas secara menyeluruh, dan ahli geokimia menganggap mantel atas sebagai versi berbatu dari kue marmer.
Itu pola vulkanisme dunia mencerminkan tindakan lempeng tektonik, kecuali di beberapa area di planet yang disebut hotspot. Titik api mungkin merupakan petunjuk naik turunnya material jauh lebih dalam di mantel, mungkin dari bagian paling bawah. Atau mungkin juga tidak. Ada diskusi ilmiah yang kuat tentang hotspot saat ini.
Teknik kami yang paling kuat untuk menjelajahi mantel adalah memantau gelombang seismik dari gempa bumi dunia. Keduanya berbeda jenis gelombang seismik, Gelombang P (analog dengan gelombang bunyi) dan gelombang S (seperti gelombang pada tali terguncang), merespons sifat fisik batuan yang dilaluinya. Gelombang-gelombang ini memantulkan beberapa jenis permukaan dan membiaskan (menekuk) ketika mereka menyerang jenis permukaan lainnya. Kami menggunakan efek ini untuk memetakan bagian dalam Bumi.
Alat kami cukup bagus untuk merawat mantel Bumi seperti cara dokter membuat gambar ultrasonografi pasien mereka. Setelah satu abad mengumpulkan gempa bumi, kami dapat membuat beberapa peta mantel yang mengesankan.
Mineral dan batu berubah di bawah tekanan tinggi. Misalnya, mineral mantel biasa olivin perubahan bentuk kristal yang berbeda pada kedalaman sekitar 410 kilometer, dan lagi pada 660 kilometer.
Kami mempelajari perilaku mineral dalam kondisi mantel dengan dua metode: model komputer berdasarkan persamaan fisika mineral, dan eksperimen laboratorium. Dengan demikian, studi mantel modern dilakukan oleh seismolog, pemrogram komputer, dan peneliti laboratorium yang bisa sekarang mereproduksi kondisi di mana saja di mantel dengan peralatan laboratorium bertekanan tinggi seperti landasan berlian sel.
Satu abad penelitian telah membantu kami mengisi sebagian kekosongan di mantel. Ini memiliki tiga lapisan utama. Mantel atas memanjang dari dasar kerak (Moho) hingga kedalaman 660 kilometer. Zona transisi terletak antara 410 dan 660 kilometer, di mana kedalaman perubahan fisik besar terjadi pada mineral.
Mantel bawah membentang dari 660 kilometer ke bawah menjadi sekitar 2.700 kilometer. Pada titik ini, gelombang seismik sangat dipengaruhi sehingga sebagian besar peneliti percaya batuan di bawah berbeda dalam kimia mereka, tidak hanya dalam kristalografi mereka. Lapisan kontroversial di bagian bawah mantel, sekitar 200 kilometer, memiliki nama aneh "D-double-prime."
Karena mantel adalah bagian terbesar dari Bumi, ceritanya sangat mendasar bagi geologi. Selama kelahiran Bumi, mantel bermula sebagai samudera cairan magma di atas inti besi. Saat memadat, unsur-unsur yang tidak cocok dengan mineral utama dikumpulkan sebagai buangan di atasnya — kerak bumi. Setelah itu, mantel memulai sirkulasi lambat yang dimilikinya selama empat miliar tahun terakhir. Bagian atas mantel telah dingin karena diaduk dan terhidrasi oleh gerakan tektonik lempeng permukaan.
Pada saat yang sama, kami telah belajar banyak tentang struktur planet saudara perempuan Bumi, Merkurius, Venus, dan Mars. Dibandingkan dengan mereka, Bumi memiliki mantel aktif yang dilumasi yang sangat istimewa berkat air, bahan yang sama yang membedakan permukaannya.