Como hemos comentado en el contexto del metamorfismo, la temperatura interna de la Tierra aumenta con la profundidad. Sin embargo, como se muestra en la figura 9.10, ese ritmo de aumento no es lineal. El gradiente de temperatura es de unos 15° a 30°C/km dentro de los 100 km superiores; luego desciende drásticamente a través del manto, aumenta más rápidamente en la base del manto y luego aumenta lentamente a través del núcleo. La temperatura es de unos 1000°C en la base de la corteza, de unos 3500°C en la base del manto y de unos 5000°C en el centro de la Tierra. El gradiente de temperatura en el interior de la litosfera (100 km superiores) es muy variable en función del entorno tectónico. Los gradientes son más bajos en las partes centrales de los continentes, más altos en las proximidades de las zonas de subducción y aún más altos en los límites divergentes.
La figura 9.11 muestra una curva de temperatura típica para los 500 km superiores del manto, en comparación con la curva de fusión de la roca del manto seco. En el intervalo de profundidad entre 100 y 250 km, la curva de temperatura se acerca mucho al límite de fusión para la roca del manto seco. Por tanto, a estas profundidades, la roca del manto está casi fundida o parcialmente fundida. En algunas situaciones, cuando hay calor adicional y la línea de temperatura cruza la línea de fusión, o cuando hay agua, puede estar completamente fundida. Esta región del manto se conoce como zona de baja velocidad porque las ondas sísmicas se ralentizan dentro de la roca que está cerca de su punto de fusión y, por supuesto, también se conoce como astenosfera. Por debajo de los 250 km, la temperatura se mantiene en el lado izquierdo de la línea de fusión; en otras palabras, el manto es sólido desde aquí hasta el límite entre el núcleo y el manto.
El hecho de que el gradiente de temperatura sea mucho menor en la parte principal del manto que en la litosfera se ha interpretado como un indicio de que el manto está convectando y, por tanto, de que el calor de la profundidad está siendo llevado hacia la superficie más rápidamente de lo que sería con sólo conducción de calor. Como veremos en el capítulo 10, un manto convectivo es una característica esencial de la tectónica de placas.
La convección del manto es producto de la transferencia de calor desde el núcleo al manto inferior. Como en una olla de sopa sobre una estufa caliente (Figura 9.12), el material cercano a la fuente de calor se calienta y se expande, haciéndose más ligero que el material que está por encima. La fuerza de flotación hace que se eleve, y el material más frío fluye desde los lados. El manto convecta de este modo porque la transferencia de calor desde abajo no es perfectamente uniforme, y también porque, aunque el material del manto es roca sólida, es lo suficientemente plástico como para fluir lentamente (a ritmos de centímetros por año) siempre que se le aplique una fuerza constante.
Como en el ejemplo de la olla de sopa, el manto de la Tierra dejará de convectar una vez que el núcleo se haya enfriado hasta el punto de que no haya suficiente transferencia de calor para superar la resistencia de la roca. Esto ya ha sucedido en planetas más pequeños como Mercurio y Marte, así como en la Luna de la Tierra.
¿Por qué se calienta el interior de la Tierra?
El calor del interior de la Tierra proviene de dos fuentes principales, cada una de las cuales contribuye a un 50% del calor. Una de ellas es el calor por fricción que queda de las colisiones de partículas grandes y pequeñas que crearon la Tierra en primer lugar, más el posterior calor por fricción de la redistribución del material dentro de la Tierra por las fuerzas gravitacionales (por ejemplo, el hundimiento del hierro para formar el núcleo).
La otra fuente es la radiactividad, concretamente la desintegración radiactiva espontánea del 235U, 238U, 40K y 232Th, que están presentes principalmente en el manto. Como se muestra en esta figura, el calor total producido de esta manera ha ido disminuyendo con el tiempo (porque estos isótopos se están agotando), y ahora es aproximadamente el 25% de lo que era cuando se formó la Tierra. Esto significa que el interior de la Tierra se está enfriando lentamente.