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1. عند الإحداثيات سترى حلقات Liesegange. كم عدد الحلقات الواضحة التي تراها؟ قس سمك كل حلقة، القطر والمسافات بين الحلقات.
2. إلى أي من الأنواع الأربعة تصنف هذه الحلقات Liesgangschen؟كيف تشرح هذا الشكل؟
3. اشرح كيف تتكون حلقات Liesgangsche وما السبب في اختلاف سمكها والمسافات بينها.
Petra، المدينة القديمة في الأردن، هي مثال فريد على ارتباط الجيولوجيا بالعمارة. طبقات الحجر الرملي في Petra أثرت بشكل كبير على اختيار الموقع، حجم الآثار، وحالة الحفاظ على المدينة. الجيولوجيا في Petra خلقت مجموعة واسعة من الصور الملونة والمبهرة ذات الأنماط. سنستكشف هذه اليوم بمزيد من التفصيل.
معظم الآثار صُنعَت من طبقتين رئيسيتين من الحجر الرملي: حجر Disi وحجر Umm-Ishrin.
حجر Disi صلب ورمادي فاتح، بينما حجر Umm-Ishrin أقدم بحوالي 20 مليون سنة ويتميز بأنماط جميلة ومجردة. الاختلافات اللونية للحجر الرملي ناتجة عن تركيبة الأسمنت، حيث تُعزى الألوان المختلفة إلى معادن مثل الكبريت، أكسيد الحديد، والمنغنيز.
هذه البُنى الرسوبية الأولية لحجر Umm-Ishrin نشأت أثناء ترسيب الحجر الرملي، عندما نُقلت حبيبات الرمل بالماء أو الرياح وترسبت. الانحراف الطبقي وأحجام وأشكال الحبيبات المختلفة هي أمثلة على هذه البُنى الأولية.
بعد ترسيب الحجر الرملي حدثت عمليات دياغينية/كيميائية ثانوية غيّرت الصخر عبر تفاعلات كيميائية وعملية فيزيائية. التلوين والاختلافات اللونية في حجر Petra هي نتيجة لهذه العمليات، حيث تم إطلاق معادن مثل أكسيد الحديد، المنغنيز والكبريت وترسبت في مناطق معينة من الصخر.
عامل مهم في تكوين هذه الأنماط هو حلقات ليزجنج. تُطلق تسمية حلقات ليزجنج على هياكل دورية معينة تظهر أثناء التفاعلات الكيميائية في الصخور المسامية والطبقية مثل الحجر الرملي. وُصف هذا الظاهرة عام 1896 بواسطة رافائيل ليزجنج (1869–1947) وحملت اسمه. تتكوّن حلقات ليزجنج في الوسط الجيولوجي من خلال نظام انتشار تفاعلي، حيث يدفع تدرّج تركيز الأيونات المذابة عبر مصفوفة صخرية مسامية أو هلامية، وفي الوقت نفسه تُؤدّي تفاعل كيميائي إلى تبلور دوري. يُحدَّد انتشار الجزيئات—أي نقلها من مناطق ذات تركيز أعلى إلى مناطق ذات تركيز أقل—بمعامل الانتشار الفعّال الذي يتأثر بحجم المسام، المسامية، التعقيد (التورتوزية)، ولزوجة السائل. أثناء انتشار الأيونات، ترتفع التشبع المحلي عند ما يُسمّى "واجهة التفاعل"؛ وعند تجاوز قيمة تشبع حرجة، تتكوّن نوى بلورية (نواة). يستهلك الشبكة البلورية المتنامية الأيونات المحيطة، مما يخفض التشبع المحلي ويمنع الترسيب الفوري الإضافي. لذا تحتاج الأيونات المتنقلة مسافة معينة لتستعيد التشبع مرة أخرى؛ وهذه المسافة تحدد الفاصل بين الأحزمة المتكوّنة. تتكرر العملية، فيظهر حلقات متحدة المركز ودورية—حلقات ليزجنج.
عدة عوامل تؤثر على تكوين وشكل هذه الحلقات. عندما تكون درجة الحرارة أعلى، تصبح الحلقات أضيق وأصغر. بينما يؤدي هيكل مسام ناعم أو تورتوزية عالية في الصخر إلى حلقات أكبر وأوسع. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لتدرّج تركيز حاد أن يجعل الحلقات أضيق. التركيب الكيميائي للصخر، بما في ذلك طبيعة وكمية الشوائب، يلعب أيضاً دوراً مهماً في تكوين الحلقات.
الشقوق وعدم التجانس في الصخر يمكن أن تعزز وتسرّع سير هذه العمليات، حيث تعمل كقنوات لتدفق الماء وانتشار المحاليل.
يمكن أن تظهر تكوينات حلقات ليزجنج بأشكال وأنماط مختلفة، مثل الحلقات المتحدة المركز، الأشكال البيضاوية أو كطبقة حلقة واحدة. شكل ومظهر حلقات ليزجنج يمكن أن يكون متنوعاً للغاية.
1. مثال على ذلك هو النسخة الكلاسيكية، حيث تتكوّن عدة حلقات متحدة المركز من المركز إلى الخارج.
2. نسخة أخرى تُظهر حلقات تتكوّن داخل بعضها البعض، مما يدل على أن الحلقة الخارجية تشكّلت أولاً ثم أضيفت حلقات أخرى لاحقاً. قد تكون هذه الحلقات قد نشأت على فواصل زمنية منتظمة، ما يعكس تسلسلها الزمني.
3. من المهم ملاحظة أن حلقات ليزجنج ليست دائماً كروية. قد يعتمد شكلها أيضاً على الشقوق والفتحات في الصخر، مما قد يؤدي إلى أشكال بيضاوية أو غير منتظمة أخرى. مثال على ذلك هو النسخة البيضاوية، حيث لا تكون الحلقات كروية بل بيضاوية الشكل. يمكن ملاحظة تأثيرات مشابهة في طبقات حلقات أخرى، مثل الطبقة الثانية والثالثة في النسخة المتعددة داخل نفسها.
4. أخيراً، هناك حالات تكون فيها حلقات ليزجنج ذات طبقة حلقة واحدة فقط. قد يرجع ذلك إلى عوامل مختلفة، مثل التركيب الكيميائي للصخر أو الظروف التي تشكّلت فيها الحلقات.
5. كما يمكن أن يحدث تكوين نصف حلقة أو انقطاع. مثال على ذلك هو وجود "Eisenbänderung". يعمل ذلك كحاجز ويمنع انتشار المواد عبر الصخر.
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1. At the coordinates you will see Liesegange rings. How many clearly pronounced rings do you see? Measure the thickness of each ring, the diameters, and the distances between the rings.
2. To which of the five variants do you assign these Liesegangschen rings? How do you explain this shape?
3. Explain how Liesegangsche rings are formed and what causes the different thicknesses and spacings of the rings.
Petra, the ancient city in Jordan, is a unique example of the connection between geology and architecture. The sandstone layers in Petra have significantly influenced the choice of location, the size of the monuments, and the preservation state of the city. The geology of Petra has created a multitude of colorful and fascinating images with patterns. We will explore these in more detail today.
Most monuments were carved from two main sandstone layers: the Disi sandstone and the Umm‑Ishrin sandstone.
The Disi sandstone is hard and light gray, while the Umm‑Ishrin sandstone is about 20 million years older and displays beautiful, abstract patterns. The color variations of the sandstone are caused by the composition of the cement, with different minerals such as sulfur, iron oxide, and manganese responsible for the different hues.
These primary sedimentary structures of the Umm‑Ishrin sandstone formed during the deposition of the sandstone, when sand grains were transported and deposited by water or wind. The cross‑bedding and the various grain sizes and shapes are examples of such primary structures.
After the deposition of the sandstone, secondary diagenetic/chemical processes occurred that altered the rock through chemical reactions and physical processes. The banding and color variations in Petra's sandstone are the result of such processes, where minerals such as iron oxide, manganese, and sulfur were mobilized and deposited in specific areas of the rock.
An important factor in the formation of these patterns is Liesegang rings. Liesegang rings refer to certain periodically occurring structures that appear in chemical reactions in porous and clastic rocks such as sandstone. This phenomenon was described in 1896 by Raphael Liesegang (1869–1947) and bears his name. Liesegang rings arise in geological media through a reactive diffusion system, in which a concentration gradient drives dissolved ions through a porous or gel‑like rock matrix while simultaneously a chemical reaction leads to periodic crystallization. Diffusion, i.e., the transport of molecules from regions of higher to lower concentration, is determined by the effective diffusion coefficient, which depends on pore size, porosity, tortuosity, and fluid viscosity. As the ions diffuse, the local supersaturation at the so‑called reaction front increases; once a critical supersaturation value is exceeded, crystal nuclei form (nucleation). The growing crystal lattice consumes the surrounding ions, lowers the local supersaturation, and prevents immediate further precipitation. Consequently, diffusing ions must travel a certain distance to reach supersaturation again; this distance determines the spacing of the resulting bands. The process repeats, producing concentric, periodic rings—the Liesegang rings.
Several factors influence the development and shape of the rings. When the temperature is higher, the rings become tighter and narrower. A fine‑grained pore structure or a high tortuosity in the rock, on the other hand, leads to larger and broader rings. Furthermore, a steep concentration gradient can make the rings narrower. The chemical composition of the rock, including the nature and extent of impurities, also plays an important role in ring formation.
Cracks and inhomogeneities in the rock can also promote and facilitate these processes by serving as channels for water flow and solution diffusion.
The formation of Liesegangschen rings can occur in various forms and patterns, such as concentric rings, oval shapes, or as a single ring layer. The shape and appearance of Liesegangschen rings can be very diverse.
1. One example is the classic variant, in which several concentric rings form outward from the center.
2. Another variant shows multiple nested rings, indicating that the outer ring formed first and later additional rings were added. These rings may have formed at regular intervals, reflecting their temporal sequence.
3. However, it is important to note that Liesegang rings are not always circular. Their shape can also depend on the joints and cracks in the rock, leading to oval or other irregular forms. An example is the oval variant, where the rings are no longer circular but oval‑shaped. Similar effects can also be observed in other ring layers, such as the second and third layers in the multiple nested variant.
4. Finally, there are also cases in which Liesegang rings consist of only a single ring layer. This can be due to various factors, such as the chemical composition of the rock or the conditions under which the rings formed.
5. A partial development of rings or an interruption is also possible, e.g., due to an iron band alteration. This acts as a barrier and prevents diffusion through the rock.
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- An den Koordinaten siehst du Liesegange Ringe. Wie viele deutlich ausgeprägte Ringe siehst du? Miss die Dicke der einzelnen Ringe, die Durchmesser und die Abstände zwischen den Ringen.
- Zu welcher der fünf Varianten ordnest du diese Liesegangschen Ringe zu? Wie erklärst du diese Form?
- Erkläre wie Liesegangsche Ringe zustande kommen und worauf die unterschiedlichen Dicken und Abstände der Ringe zurückzuführen sind.
Petra, die antike Stadt in Jordanien, ist ein einzigartiges Beispiel für die Verbindung von Geologie und Architektur. Die Sandsteinschichten in Petra haben die Auswahl des Standorts, die Größe der Monumente und den Erhaltungszustand der Stadt maßgeblich beeinflusst. Die Geologie in Petra hat eine Vielzahl von farbenprächtigen und faszinierenden Bildern mit Mustern geschaffen. Diese werden wir heute näher erkunden.
Die meisten Monumente wurden aus zwei Hauptsandsteinschichten herausgearbeitet: dem Disi-Sandstein und dem Umm-Ishrin-Sandstein.
Der Disi-Sandstein ist hart und hellgrau, während der Umm-Ishrin-Sandstein etwa 20 Millionen Jahre älter ist und wunderschöne, abstrakte Muster aufweist. Die Farbvariationen des Sandsteins werden durch die Zusammensetzung des Zements verursacht, wobei verschiedene Mineralien wie Schwefel, Eisenoxid und Mangan für die unterschiedlichen Farbtöne verantwortlich sind.
Diese primären sedimentäre Strukture des Umm-Ishrin-Sandsteins entstanden während der Ablagerung des Sandsteins, als die Sandkörner durch Wasser oder Wind transportiert und abgelagert wurden. Die Schrägschichtung und die verschiedenen Korngrößen und -formen sind Beispiele für solche primären Strukturen.
Nach der Ablagerung des Sandsteins traten sekundäre diagenetische/chemische Prozesse auf, die das Gestein durch chemische Reaktionen und physikalische Prozesse veränderten. Die Bänderung und die Farbvariationen im Sandstein von Petra sind das Ergebnis solcher Prozesse, bei denen Mineralien wie Eisenoxid, Mangan und Schwefel ausgelöst und in bestimmten Bereichen des Gesteins abgelagert wurden.
Ein wichtiger Faktor bei der Bildung dieser Muster sind Liesegangsche Ringe. Als Liesegangsche Ringe bezeichnet man bestimmte periodisch auftretende Strukturen, die bei chemischen Reaktionen in porösen und klastischen Gesteinen wie Sandstein auftreten. Dieses Phänomen wurde 1896 von Raphael Liesegang (1869–1947) beschrieben und trägt seinen Namen. Die Liesegang‑Ringe entstehen in geologischen Medien durch ein reaktives Diffusions‑System, bei dem ein Konzentrationsgradient gelöste Ionen durch ein poröses oder gelartiges Gesteinsmatrix treibt und gleichzeitig eine chemische Reaktion zur periodischen Kristallisation führt. Die Diffusion, also der Transport von Molekülen von Bereichen höherer zu niedrigerer Konzentration, wird durch den effektiven Diffusionskoeffizienten bestimmt, der von Porengröße, Porosität, Tortuosität und Fluidviskosität abhängt. Während die Ionen diffundieren, steigt an der sogenannten Reaktionsfront die lokale Supersättigung an; sobald ein kritischer Supersättigungswert überschritten ist, bilden sich Kristallkeime (Nukleation). Das wachsende Kristallgitter verbraucht die umgebenden Ionen, senkt die lokale Supersättigung und verhindert sofortige weitere Ausfällungen. Weiter diffundierende Ionen benötigen daher eine gewisse Distanz, um die Supersättigung erneut zu erreichen; diese Distanz bestimmt den Abstand der entstehenden Bänder. Der Vorgang wiederholt sich, sodass konzentrische, periodische Ringe – die Liesegang‑Ringe – entstehen.
Mehrere Faktoren beeinflussen die Ausbildung und Form der Ringe. Wenn die Temperatur höher ist, werden die Ringe enger und schmaler. Eine feinkörnige Porenstruktur oder eine hohe Tortuosität im Gestein führt hingegen zu größeren und breiteren Ringen. Darüber hinaus kann ein steiler Konzentrationsgradient die Ringe schmaler machen. Die chemische Zusammensetzung des Gesteins, einschließlich der Beschaffenheit und Ausprägung von Beimengungen, spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Bildung der Ringe.
Risse und Inhomogenitäten im Gestein können den Verlauf dieser Prozesse ebenfalls fördern und begünstigen, indem sie als Kanäle für die Durchströmung von Wasser und die Diffusion von Lösungen dienen.
Die Bildung von Liesegangschen Ringen kann in verschiedenen Formen und Mustern auftreten, wie z.B. in konzentrischen Ringen, ovalen Formen oder als einzelne Ringebene. Die Form und das Aussehen von Liesegangschen Ringen können sehr vielfältig sein.
1. Ein Beispiel dafür ist die klassische Variante, bei der sich mehrere konzentrische Ringe aus der Mitte heraus bilden.
2. Eine andere Variante zeigt mehrfach in sich gebildete Ringe, was darauf hindeutet, dass sich der äußere Ring zuerst gebildet hat und später weitere Ringe hinzukamen. Diese Ringe können in regelmäßigen Abständen entstanden sein, was ihre zeitliche Abfolge widerspiegelt.
3. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Liesegangsche Ringe nicht immer rund sind. Ihre Form kann auch von den Klüften und Rissen im Gestein abhängen, was zu ovalen oder anderen unregelmäßigen Formen führen kann. Ein Beispiel dafür ist die ovale Variante, bei der die Ringe nicht mehr rund, sondern oval geformt sind. Ähnliche Effekte können auch bei anderen Ringebenen beobachtet werden, wie z.B. bei der zweiten und dritten Ringebene in der mehrfach in sich gebildeten Variante.
4. Schließlich gibt es auch Fälle, in denen Liesegangsche Ringe nur eine einzige Ringebene haben. Dies kann auf verschiedene Faktoren zurückzuführen sein, wie z.B. die chemische Zusammensetzung des Gesteins oder die Bedingungen, unter denen die Ringe entstanden sind.
5. Auch eine halbe Ausbildung von Ringen bzw. eine Unterbrechung ist möglich. z.B. durch einen Eisenbänderung. Diese wirkt wir eine Sperre und verhindert die Diffusion durch das Gestein.
المراجع / Literature / Literatur
- https://de.wikipedia.org/wiki/Geologenhammer
- https://www.chemie.de/lexikon/Liesegangsche_Ringe.html
- https://de.wikipedia.org/wiki/Liesegangsche_Ringe
- https://www.kuladig.de/Objektansicht/KLD-328456
- https://www.kuladig.de/Objektansicht/KLD-
- https://universes.art/de/art-destinations/jordanien/petra/colors#c36204
- https://www.hunebednieuwscafe.nl/2018/09/petra-jordan/
- https://www.khammash.com/research/petra-iron-and-manganese
- http://www.jsjgeology.net/Liesegang-banding.htm#:~:text=True%20Liesegang%20banding%20refers%20to,chemical%20gradient%20during%20one%20event
- https://www.zobodat.at/pdf/DENISIA_0014_0089-0112.pdf