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Selbstorganisation

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Krug, H., Kruhl, J. (Eds.) (2001). Selbstorganisation. Jahrbuch für Komplexität in den Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften. Band 11 (2000). Nichtgleichgewichtsprozesse und dissipative Strukturen in den Geowissenschaften / Non-Equilibrium Processes and Dissipative Structures in Geoscience. Duncker & Humblot. https://doi.org/10.3790/978-3-428-50506-7
Krug, Hans-Jürgen and Kruhl, Jörn H.. Selbstorganisation: Jahrbuch für Komplexität in den Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften. Band 11 (2000). Nichtgleichgewichtsprozesse und dissipative Strukturen in den Geowissenschaften / Non-Equilibrium Processes and Dissipative Structures in Geoscience. Duncker & Humblot, 2001. Book. https://doi.org/10.3790/978-3-428-50506-7
Krug, H, Kruhl, J (eds.) (2001): Selbstorganisation: Jahrbuch für Komplexität in den Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften. Band 11 (2000). Nichtgleichgewichtsprozesse und dissipative Strukturen in den Geowissenschaften / Non-Equilibrium Processes and Dissipative Structures in Geoscience, Duncker & Humblot, [online] https://doi.org/10.3790/978-3-428-50506-7

Format

Selbstorganisation

Jahrbuch für Komplexität in den Natur-, Sozial- und Geisteswissenschaften. Band 11 (2000). Nichtgleichgewichtsprozesse und dissipative Strukturen in den Geowissenschaften / Non-Equilibrium Processes and Dissipative Structures in Geoscience

Editors: Krug, Hans-Jürgen | Kruhl, Jörn H.

Selbstorganisation, Vol. 11

(2001)

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Abstract

In den zurückliegenden zwei Jahrzehnten sind Nichtgleichgewichtsprozesse und Dissipative Strukturen auch in den Geowissenschaften in den Blickpunkt des Interesses getreten. Dabei sind diese für eine solche Forschungsperspektive geradezu prädestiniert: denn die Lithosphäre war von Anfang an ein Schauplatz dauernder stofflicher und energetischer Transformationen und kann deshalb - wie die Biosphäre - mit einer außerordentlich reichen Vielfalt autonom gebildeter Strukturen aufwarten. Dies wurde bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts erahnt, als die ersten kolloidchemischen Ansätze zur Klärung von Strukturbildungsprozessen in der Geologie und Mineralogie aufkamen. Heute sind jene Ansätze mit dem hoch entwickelten Instrumentarium der modernen Selbstorganisationstheorien ausgebaut, mit dem auch eine Synthese der früher als gegensätzlich empfundenen mechanischen und diffusionschemischen Modellvorstellungen gelang. Dieser Band vereint Beiträge international renommierter Wissenschaftler zu den verschiedensten Facetten dieses Themas: Den Auftakt bildet die alte, noch immer ungelöste Frage der Achatgenese; der Bogen reicht weiter über das zonierte Kristallwachstum, die Kieselsteinmorphogenese, die fraktale Geometrie der Korngrenzen, die Faltung von Gesteinslagen bis zur selbstorganisierten Kritikalität seismischer Bewegungen und berührt damit eminent praktische Fragen.

The interest in non-equilibrium processes and dissipative structures in geoscience was increasingly focused within the recent two decades. This perspective of self-organization corresponds to the matter of geoscience in a high degree: The lithosphere is a long-standing subject of material and energetical transformations, thus giving rise to a richness of autonomous and complex patterns we only aware at such a level in biosphere. First approaches of adopting physicochemical structure-forming processes (e.g. Liesegang rings) to geological and mineralogical patterns were developed in the beginning of the 20th ce

Table of Contents

Section Title Page Action Price
Inhaltsverzeichnis 5
Einführung 7
Aufsätze 13
Enrique Merino, Bloomington (Indiana)/Yifeng Wang, Carlsbad (New Mexico): Geochemical Self-Organization in Rocks: Occurrences, Observations, Modeling, Testing – With Emphasis on Agate Genesis 13
I. Introduction 13
II. Modeling Approaches 18
1. Positive Feedbacks 18
2. Modeling a Moving Reaction Front 18
3. Boundary Layer 20
4. Modeling Stress-Mediated Mineral Precipitation and Dissolution 20
5. Linear Stability Analysis 21
III. Self-Organization in Agates 22
1. Origin of Agates in Basalts 23
2. New Theory of Agate Genesis: Summary 24
3. Model Testing 35
4. Geochemical Implications of Fibrous Textures 37
IV. Other Cases of Mineral Self-Organization at a Moving Reaction Front 38
1. Igneous Orbicules 38
2. Oscillatory Zoning of Trace or Major Elements in Single Crystals 39
3. Dissolution Fingering 39
4. Spatial Self-Organizational Patterns Produced in Weathering 40
V. Stress-Mediated Self-Organizational Reactions 41
1. Stylolitization 42
2. Growth-Driven Stress in Rocks: Consequences, Models 43
Ivan L’Heureux/Anthony D. Fowler, Ottawa: Oscillatory Zoning in Minerals: Mechanisms and Implications 47
I. Introduction 47
II. Observation and Analysis of Data 49
1. Observation techniques 49
2. Data analysis 54
III. Modeling of Specific Examples 56
1. Plagioclase 56
2. Calcite 60
3. Garnet 61
4. Sphalerite 62
5. An experimental example: (Ba, Sr) SO4 63
IV. Stochastic Models 64
V. Geological Implications 66
1. Igneous environments 66
2. Sedimentary environments 69
3. Hydrothermal environments 70
4. Metasomatism in metamorphic environments 71
VI. Conclusion 71
Michael Landmesser, Mainz: Selbstorganisation und Achatgenese: Wissenschaftsgeschichte, Problemfacetten und Resultate der neueren Forschung 73
I. Einleitung 73
II. Achat: einige Grundinformationen 73
III. Achatgenese: Zweifel an einem gängigen Erklärungsschema 77
IV. Liesegangs revolutionär neuer Ansatz 82
V. Der Kerngedanke der Liesegangschen Achattheorie 87
VI. „Selbstorganisation“ – zum Problem einer Definition 90
VII. Ergebnisse der neueren Achatpetrologie 94
VIII. Akkumulation durch Diffusion – eine Paradoxie? 99
IX. Arten und Reifung des festen SiO2 100
X. SiO2 in Lösung 105
XI. Der Mechanismus der SiO2-Sammlung 106
XII. Der Prozeß in natürlichen Systemen 109
XIII. SiO2-Akkumulation als Selbstorganisation 111
XIV. Zur Genese rhythmischer Bänderungen beim Achat 115
XV. Frühstadien der Achatgenese 119
XVI. Subsysteme 123
XVII. Zur Selbstorganisation bei der Genese der gemeinen Bänderung 125
XVIII. Echte Liesegang-Bänder im Achat 130
XIX. Die Moosachat-Struktur und weitere potentielle Selbstorganisationsphänomene im Achat 135
XX. Thermodynamisches Resümee 138
Hartmut Linde/Gudrun Linde, Berlin/Manuel G. Velarde, Madrid: Morphogenese von Kiesel-Konkretionen mit komplexen Dissipativen Skulpturen 141
Zusammenfassung 141
I. Einführung 143
II. Eigenschaften der Kiesel-Konkretionen, des Kreidelagers und allgemeine Grundlagen 144
III. Widerlegung nicht zutreffender Deutungsversuche 147
IV. Die Bildung von Konkretionen und Sukzessionen von Kieselgelkörpern in einem Sediment mit Bingham-Verhalten 149
1. Die Entstehung von Kieselgel-Akkumulaten in einem Kreidesediment durch Keimbildung der simultanen Akkumulation und Expansion 151
2. Das rheologische Verhalten des Kreidesedimentes und die „Seitwärts Wandgeführte Expansion“ 154
3. Die Bildung von Konkretionen und Sukzessionen 160
4. Die interne Stoppdynamik des Wachstums kugelförmiger Akkumulat-Körper 162
5. Konsequenzen der heterogenen Keimbildung, der Stoppdynamik, der SWE und der „Seitwärts Rinnengeführten Expansion“ (SRE) für die weitere Ausbildung der Feinskulpturen und deren Charakteristik 166
V. Ausblick und Folgerungen 183
Danksagung 185
Jörn H. Kruhl, München: Korngrenzen als fraktale Muster und dissipative Systeme 187
Zusammenfassung 187
I. Einleitung 187
II. Die Natur von Korngrenzen 188
III. Die fraktale Geometrie der Korngrenzen 193
IV. Korngrenzen der dynamischen Rekristallisation als dissipative Systeme 201
Danksagung 207
Cristian Suteanu/Dorel Zugravescu/Cristian Ioana, Bukarest: Dynamic Fingerprints of Dissipative Systems with Discrete Appearance: Applications in the Study of Seismicity 209
I. Dissipative systems and self-organisation: geodynamic relevance 209
II. Images of seismogenic areas: confusing heterogeneity 210
III. Towards a comprehensive view upon dynamic fingerprints 213
IV. Complex trajectories: constructing and “loosening” the knots 214
V. Manageable landscapes: projections and hyperdistances 217
VI. Applications 220
1. Computed parameters 221
2. Reliability evaluation 221
3. Results 223
VII. Conclusions 227
Bruce E. Hobbs et al.: The Influence of Chemical Migration upon Fold Evolution in Multi-layered Materials 229
I. Introduction 229
1. Purpose of this Paper 230
2. Plan of this Paper 232
II. Mathematical Formulation 233
III. Linear Instability Analysis 237
IV. The Material Point Method 241
1. Choice of the Numerical Scheme 241
2. The Particle in Cell (PIC) Approach 242
V. Numerical Simulations 243
VI. Conclusions 248
Appendix 219
A1. Matrix representations of constitutive relations 249
A2. Variational definition of volume flux 250
A3. Linear instability analysis 251
Stephen A. Miller, Zürich: The Role of Fluids on Self-Organization and Criticality in the Earth’s Crust 253
Abstract 253
I. Introduction 253
II. A Model of Evolving Flow Networks 255
III. Earthquakes 258
IV. Subduction Zones, Dehydration and Melting 261
V. Landslides, Rockfalls, and Avalanches 263
VI. Closing Remark 263
Hans-Jürgen Krug, Berlin: Raphael Eduard Liesegang’s Beiträge zu autonomen Strukturbildungsprozessen in Geologie und Mineralogie 265
I. Einleitung 265
II. Strukturbildung auf der Basis von Diffusion und Kapillarität 267
1. Die Liesegang-Ringe 267
2. Die Ostwald-Reifung 274
3. Rhythmische Kristallisation und Dendriten 277
4. Die „chemische Fernwirkung“ 279
5. Diffusion versus Kapillarität 281
III. Die Liesegang’schen Achattheorien 284
1. Die Motivation 284
2. Die epigenetische Theorie 285
3. Der syngenetische Ansatz 292
4. Erklärungsversuche für Uruguay-Achate 295
IV. Zonierte Kristallisation in Mineralen 297
V. Die Akkumulation von Konkretionen 301
VI. Schlußbemerkungen 303
Anhang: Lebensdaten von Raphael Ed. Liesegang 305
Edition 309
Giacomo Civitelli et al.: Einige Anmerkungen zur Genese der „Pietra Paesina“ (1970) 309
Editorische Vorbemerkungen 309
Danksagung 314
Giacomo Civitelli/Renato Funiciello/Salvatore Lombardi, Rom: Einige Anmerkungen zur Genese der „Pietra Paesina“ 315
Kennzeichnung der „Pietra Paesina“ 315
Lithologische und sedimentologische Charakterisierung 316
Chemische Charakterisierung 324
Zusammenfassung 330
Summary 331
Literaturverzeichnis 332
Hans-Jürgen Krug, Berlin: Schriftenverzeichnis von Raphael Eduard Liesegang (1869–1947) 335
Editorische Vorbemerkung 335
I. Buchpublikationen Liesegangs 337
II. Aufsätze in Zeitschriften, Handbüchern und Sammelbänden sowie Patente Liesegangs 339
1888 339
1889 339
1890 339
1891 340
1892 341
1893 342
1894 343
1895 345
1896 347
1897 351
1898 353
1899 353
1900 354
1901 354
1903 354
1904 354
1906 354
1907 355
1908 355
1909 355
1910 355
1911 357
1912 357
1913 358
1914 358
1915 359
1916 360
1917 360
1918 361
1919 361
1920 362
1921 362
1922 362
1923 363
1924 364
1925 364
1926 365
1927 365
1928 365
1929 366
1930 367
1931 367
1932 368
1933 368
1934 368
1935 369
1936 369
1937 369
1938 369
1939 370
1940 370
1941 371
1942 371
1943 371
1944 372
1945 373
1946 373
1947 373
1950 373
1997 373
III. Schöngeistige Schriften Liesegangs 373
Buchbesprechungen 375
Autorenverzeichnis 379