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Das Muster des Monats, 12/2012

Muster- und Strukturenratebild, Dezember 2012

Rätselbild 2012-12, Foto: Andrea Kamphuis

(Zur Erklärung bitte weiterlesen)

Ein ganz typisches Muster für viele Selbstorganisationsphänomene in der Natur – das ich aber nicht am Ort seiner Entstehung gesehen habe, sondern in einem Museum. Hier dasselbe Objekt noch einmal zur Gänze:

Rätselobjekt 2012-12, Foto: Andrea Kamphuis

Es folgt ein zweites Exemplar. (Wie oft in Museen war der Weißabgleich beim Fotografieren ein Problem. Die hellen Flächen waren "in Wirklichkeit" nicht so gelblich wie oben, aber wohl auch nicht ganz so hell wie unten. Nachträgliche Korrekturen solcher Farbverzerrungen gestalten sich immer schwierig.) Wieder sehen wir Streifen, die sich in ovale Flecken auflösen – oder aber Flecken, die zu Streifen verschmelzen:

Zebra Rock mit Turing-Muster, Foto: Andrea Kamphuis

Das dritte Exemplar hat einen etwas anderen Charakter. Dieses Bild macht mir immer Appetit auf ein Stück gute Schokolade:

Zebra Rock mit Liesegang-Muster, Foto: Andrea Kamphuis

Des Rätsels Lösung: Im Geomuseum der Universität zu Köln wird "Zebra Rock" ausgestellt, ein Gestein, das man so weltweit nur in einer einzigen Formation findet, im westaustralischen Kimberley:

Zebra Rocks im Geomuseum Köln, Foto: Andrea Kamphuis

In ihrer Zusammensetzung ähneln sich die hellen und die dunklen Bereiche; beides ist quarzhaltiger Ton oder Silt. Die rotbraunen Bereiche enthalten zudem Hämatit (Fe2O3), der in den hellen Bereichen fehlt. Die ältesten Beschreibungen, die ich im Netz gefunden habe, stammen aus den 1920er- und 1930er-Jahren. So fasst David W. Trainer Jr. von der Cornell University 1931 die vier damals kursierenden Hypothesen zu den Prozessen zusammen, die sich in dem mutmaßlich aus dem Kambrium stammenden, also über 500 Millionen Jahre alten Sediment abgespielt haben:

  • Ablagerung alternierender Schichten und anschließende Deformation,
  • Kristallisation in feinkörnigem Gestein,
  • ungleichmäßiges Eindringen eisenhaltiger Flüssigkeit in weißes Gestein oder
  • ungleichmäßige Auswaschung des Hämatits aus urspränglich ganz rotbraunem Gestein.

Alle vier Hypothesen erscheinen dem Autor unbefriedigend, weil sie die Regelmäßigkeit der Muster nicht erklären können. Später nahmen sich Chemiker, Physiker und Mathematiker solcher Muster an, darunter Raphael Liesegang und Alan Turing. Im Allgemeinen entstehen solche Punkt- oder Streifenmuster, wenn sich lokal zwei Prozesse zugleich abspielen, beispielsweise chemische Reaktionen und Transport oder Diffusion, ohne dass sich ein Gleichgewicht einstellen kann.

In einer Arbeit aus dem Jahr 2003 von E. Mattievich et al. (PDF) werden die Muster einer Kombination aus Infiltration (3. Hypothese in der Liste oben) und Kristallisation eines ferromagnetischen Materials aus dem Präkambrium zugeschrieben.

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