Lithostatischer Druck

Als lithostatischer Druck (von alt-/neugriechisch: λίθος lithos [m.] – ‚Stein‘, ‚Gestein‘; Formelzeichen: $\!\ p_{l}$ rsp. $\!\ p_{lith}$) in einer bestimmten Tiefe wird seitens der Geophysik, Geologie und Geotechnik jener Druck bezeichnet, den die oberhalb befindlichen Gesteinsschichten durch ihr Gewicht ausüben.
Dieser spezifische Druck bildet ein isotropes Spannungsfeld.

Definition

Die Formel lautet:

$p_l (z) = p_{lith} (z) = \frac{| \vec {F}_{\perp} |}{A} \ = z \cdot \rho \cdot \vec g\, .$

Die exakte Schreibweise lautet:

$p_l (z) = \vec g \int_{0}^{z} \rho (z)\, {\mathrm dz}\, .$

Verwendete Größen:

$\!\ p$ → Druck

$\!\ \sigma$ → mechanische Spannung

$\vec F$ → Kraft

$\!\ A$ → Flächeninhalt

$\!\ z$ → Tiefe

$\!\ \rho$ → Dichte des Gesteins

$\vec g$ → Schwerebeschleunigung

Während der hydrostatische Druck mit zunehmender Wassertiefe alle 10 m um 1 bar steigt, beträgt die Zunahme in Gesteinsschichten etwa das 3-Fache. Die genauen Verhältnisse hängen vor allem von der Gesteinsdichte ab, die in der Erdkruste zwischen 2 und 3,3 g/cm³ liegt (Sedimente etwa 2 g/cm³, Granite und Kalkstein 2,7 und Gabbro 3,3).

Im oberen Erdmantel sind die Gesteine abermals kompakter (bspw.: Olivin 3,3 bis 4 g/cm³, unter sehr hohem Druck sogar 5 g/cm³). Daher zählt die genaue Berechnung von inneren Drücken zu den schwierigsten Aufgaben für die Seismologie und Angewandte Geophysik. Am Übergang zwischen oberem und unteren Erdmantel – in etwa 700 km Tiefe – beträgt der Druck etwa 25 GPa, was dem 250.000-fachen Luftdruck entspricht.

Siehe auch

• isostatischer Druck
• Kugelschale
• Gleichgewichtsfigur
• Innerer Aufbau der Erde

Weblinks

• Ursachen der Gesteinsmetamorphose – Steuerfaktor Druck bei PETROgraph, Freie Universität Berlin
• Schalenaufbau bei der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Spannungsellipsoid und Spannungstypen bei der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
• Vorlesung Allgemeine Geologie (PDF-Datei, 864 kB) von Prof. Dr. E. Wallbrecher, Karl-Franzens-Universität Graz
• Proseminar Strukturgeologie (PDF-Datei, 2,25 MB) von Prof. Dr. E. Wallbrecher, Karl-Franzens-Universität Graz
• Die Bestimmung von Druck und Temperatur bei der Gesteinsumwandlung (Metamorphose) (PDF-Datei, 7,68 MB) von Bernhard Schulz, Institut für Mineralogie, Technische Universität Bergakademie Freiberg
• Metamorphose ist nicht gleich Metamorphose – Verschiedene Metamorphosetypen (PDF-Datei, 224 kB) von Katrin Wellnitz, Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
• Petrologie der Magmatite und Metamorphite: Teil Metamorphite, Vorlesung 1 (PDF-Datei, 1,5 MB) von J. G. Raith, Department Angewandte Geowissenschaften und Geophysik – Mineralogie & Petrologie, Montanuniversität Leoben