Lithostatischer Druck

Als lithostatischer Druck $p_{\text{l}}$ rsp. $p_{\text{lith}}$ (von alt-/neugriechisch: λίθος lithos [m.] – ‚Stein‘, ‚Gestein‘) wird in Geophysik, Geologie und Geotechnik jener Druck in der Lithosphäre (Erdkruste und Teil des Erdmantels) bezeichnet, den die darüber liegenden Gesteinsschichten durch ihr Gewicht ausüben.

Dieser spezifische Druck bildet ein isotropes Spannungsfeld.

Definition

Bei konstanter Dichte gilt für den lithostatischen Druck:

$p_{\text{l}}(z)=p_{\text{lith}}(z)=\sigma (z)={\frac {|{\vec {F}}_{\perp }|}{A}}\ =z\cdot \rho \cdot g$

Bei veränderlicher Dichte gilt:

$p_{\text{l}}(z)=g\int _{0}^{z}\rho (z)\,\mathrm {d} z$

Verwendete Größen:

$p$: Druck

$z$: Tiefe

$\sigma$: mechanische Spannung

${\vec {F}}$: Kraft

$A$: Flächeninhalt

$\rho$: Dichte des Gesteins

$g$: 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 g/cm³ und Gabbro 3,3 g/cm³).

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 unterem 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 E. Wallbrecher, Karl-Franzens-Universität Graz
• Proseminar Strukturgeologie (PDF-Datei, 2,25 MB) von 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