Zoals we in het kader van het metamorfisme hebben besproken, neemt de temperatuur van het inwendige van de aarde toe met de diepte. Maar, zoals figuur 9.10 laat zien, is die stijging niet lineair. De temperatuurgradiënt bedraagt ongeveer 15° tot 30°C/km in de bovenste 100 km; daarna daalt hij drastisch in de aardmantel, stijgt sneller aan de basis van de aardmantel, en stijgt dan langzaam in de kern. De temperatuur bedraagt ongeveer 1000°C aan de basis van de korst, ongeveer 3500°C aan de basis van de mantel, en ongeveer 5000°C in het centrum van de aarde. De temperatuursgradiënt binnen de lithosfeer (bovenste 100 km) is zeer variabel, afhankelijk van de tektonische omgeving. De gradiënten zijn het laagst in de centrale delen van continenten, hoger in de buurt van subductiezones, en nog hoger bij divergerende grenzen.
Figuur 9.11 toont een typische temperatuurcurve voor de bovenste 500 km van de aardmantel, in vergelijking met de smeltcurve voor droog aardmantelgesteente. Binnen het diepte-interval tussen 100 en 250 km komt de temperatuurcurve zeer dicht bij de smeltgrens voor droog mantelgesteente. Op deze diepten is het mantelgesteente dus ofwel bijna gesmolten ofwel gedeeltelijk gesmolten. In sommige situaties, waar extra warmte aanwezig is en de temperatuurlijn de smeltgrens overschrijdt, of waar water aanwezig is, kan het gesteente volledig gesmolten zijn. Dit gebied van de mantel staat bekend als de lage-snelheidszone omdat seismische golven worden vertraagd in gesteente dat dicht bij zijn smeltpunt is, en het staat natuurlijk ook bekend als de asthenosfeer. Onder de 250 km blijft de temperatuur aan de linkerkant van de smeltlijn; met andere woorden, de mantel is vanaf hier helemaal tot aan de kern-mantelgrens massief.
Het feit dat de temperatuurgradiënt in het grootste deel van de mantel veel minder groot is dan in de lithosfeer wordt zo geïnterpreteerd dat de mantel conveert, en dus dat warmte uit de diepte sneller naar het oppervlak wordt gebracht dan het geval zou zijn met alleen warmtegeleiding. Zoals we in hoofdstuk 10 zullen zien, is een convecterende mantel een essentieel kenmerk van platentektoniek.
De convectie van de mantel is een product van de overdracht van warmte van de kern naar de ondermantel. Net als bij een pan soep op een hete kookplaat (figuur 9.12) wordt het materiaal bij de warmtebron heet en zet uit, waardoor het lichter wordt dan het materiaal erboven. Door de opwaartse kracht stijgt het op, en koeler materiaal stroomt van de zijkanten naar binnen. De mantel conveert op deze manier omdat de warmteoverdracht van onderaf niet perfect gelijkmatig is, en ook omdat, ook al is de mantel vast gesteente, hij voldoende plastisch is om langzaam te stromen (met snelheden van centimeters per jaar) zolang er een constante kracht op wordt uitgeoefend.
Zoals in het voorbeeld van de soeppot zal de aardmantel niet langer convecteren zodra de kern zover is afgekoeld dat er niet genoeg warmteoverdracht is om de sterkte van het gesteente te overwinnen. Dit is al gebeurd op kleinere planeten zoals Mercurius en Mars, en ook op de maan van de aarde.
Waarom is het binnenste van de aarde heet?
De warmte van het binnenste van de aarde komt van twee hoofdbronnen, die elk ongeveer 50% van de warmte leveren. De ene is de wrijvingswarmte die overblijft van de botsingen van grote en kleine deeltjes waardoor de aarde is ontstaan, plus de daaropvolgende wrijvingswarmte van de herverdeling van materiaal binnen de aarde door zwaartekracht (bijv. het zinken van ijzer om de kern te vormen).
De andere bron is radioactiviteit, met name het spontane radioactieve verval van 235U, 238U, 40K en 232Th, die voornamelijk in de aardmantel aanwezig zijn. Zoals op deze figuur te zien is, is de totale hoeveelheid warmte die op die manier geproduceerd wordt in de loop der tijd afgenomen (omdat deze isotopen opgebruikt raken), en bedraagt nu ongeveer 25% van wat het was toen de aarde gevormd werd. Dit betekent dat het inwendige van de aarde langzaam koeler wordt.