Gesteinsvolumen mit zunehmender Tiefe. © PETROgraph
und gerichtetem Druck.© PETROgraph
Ursachen der Gesteinsmetamorphose - Steuerfaktor Druck
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Druck ist eine physikalische Größe, die die Einwirkung einer Normalkraft auf eine Fläche beschreibt. Die Einheit des Drucks ist
1 Pascal = 1 Pa = 1 Nm-2.
Mit Druck werden wir alle ständig konfrontiert, da auch die Erdatmosphäre einen Druck auf uns ausübt. Dieser wird in Millibar [mbar] oder Hektopascal [hPa] angegeben, mit
1 bar = 1.000 mbar = 1.000 hPa (= 105 Pa).
Früher fand auch die Einheit "Atmosphäre" Verwendung, mit 1 atm = 1.014 mbar/hPa.
Der Druck, der auf ein Gestein wirken kann, lässt sich in mehrere Komponenten aufspalten.
Die wichtigste Komponente, den lithostatischen Druck, erzeugt die Gesteinsauflast - deshalb litho-statisch. Wichtig ist, dass der lithostatische Druck aus allen Richtungen mit dem gleichen Betrag auf das Gesteinsvolumen wirkt, deshalb litho-statisch. Er ist also isotrop! Als Konsequenz verringert sich das Volumen des betrachteten Gesteinsvolumens mit der Tiefe zentrosymmetrisch. Dies veranschaulicht die nebenstehende Abbildung.
In Gesteinen können auch deviatorische Spannungen auftreten, d.h. der auf das Gestein in einem bestimmten Punkt einwirkende Druck kann in einer Richtung größer oder kleiner als der lithostatische Druck sein. Der Unterschied zwischen lithostatischem Druck und gerichtetem Druck lässt sich einfach visualisieren, da jedes Spannungsfeld (Druck ist nichts anderes als die Spannung oder Kraft, die auf eine bestimmte Fläche wirkt) in einem orthogonalen Koordinatensystem (= 3 senkrecht aufeinander stehende Achsen) dargestellt werden kann. Lithostatischer Druck wirkt in alle Richtungen gleich. Die drei Achsen des Spannungsfelds müssen also die gleiche Länge haben. Legt man eine Einhüllende um diese drei Achsen, so erhält man eine Kugel. Im Unterschied ergeben differentielle Spannungen eine ellipsoidale Einhüllende. Diese Komponente ist für die Entstehung der meisten metamorphen Gefüge verantwortlich (z.B. Schieferungen, Falten).
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