Original paper

Genese und Fragmentierung rhythmischer Bänderungen durch Selbstorganisation

[Numerical simulation of fragmentation and the formation of rhythmic banding (Liesegang rings) by self-organization]

Krug, Hans-Jürgenö Jacob, Karl-Heinz

Kurzfassung

Anhand der numerischen Simulation eines nichtlinearen Präzipitations-Diffusions-Modells wird demonstriert, wie bei Fällungsvorgängen in kolloidalen Medien durch Selbstorganisation rhythmische Bänderungen entstehen können, die nicht an Sedimentationsvorgänge in Verbindung mit einer sequentiellen Stoffzufuhr gebunden sind. Es wird gezeigt, daß die häufig beobachteten Fraktionierungen dieser Bandstrukturen Ergebnis interner Instabilitäten beim Fällungsprozeß (Ostwald-Reifung) oder Folge von lokalen Hindernissen in der Diffusionsmatrix sein können.

Abstract

The formation of rhythmic banding (Liesegang rings) in colloidal media by self-organization is demonstrated by numerical simulation of a nonlinear reactionprecipitation model. The formation of banded structure by in-situ self-organization is an alternative explanation with respect to the classical model of sedimentation under the sole influence of gravitation during rhythmic influx of allogenic solutions or rhythmic introduction of particulate matter (from an outside source). Irregularities within the rhythmic bands (fragmentation) or breccia-like structures, bifurcation, branching etc., might be explained as a consequence of instabilities in the precipitation process (Ostwald ripening) or by the presence of local barriers to diffusion. Three examples: A piece of schalenblende (lamellar wurtzite or sphalerite), a sample of brecciated agate (Trümmerachat), and a sample of zebra spar or zebra rock, previously interpreted either by rhythmic sedimentation or by tectonic brecciation, are presented to illustrate the new interpretation of rhythmic banding by self-organization.

Keywords

Numerical simulationnonlinear precipitation-diffusion modelcolloidal mediarhythmic bandingfragmentation