Fractal Forms and the Deterioration of Artefacts

AbstractThe deterioration of artefacts may involve a number of different decay mechanisms and produce a variety of morphologies dependent on the mode of formation of the deterioration product and the type of artefact concerned. Deterioration can be considered as derived from reconstructive, epitactic, or topotactic events, but does this categorization help us to explain why it is that some deterioration processes are random, chaotic, structured or periodic? One of the approaches that can help to explain the complex structures observed in ancient artefacts is that of fractal geometry. Examples are given of bronze and iron artefacts whose heavily corroded structures illustrate fractal morphologies, layered or banded structures, which represent self-organizing systems. These phenomena may produce layers of precipitation, or periodic microstructures whose genesis is not related to annual or fluctuating burial conditions, but to the type of growth phenomena of which the Liesegang precipitation is one example. Fractal and related models which help to explain some of these deteriorated structures are discussed, together with illustrated examples of several different types of morphologies.The deterioration of artefacts may involve a number of different decay mechanisms and produce a variety of morphologies dependent on the mode of formation of the deterioration product and the type of artefact concerned. Deterioration can be considered as derived from reconstructive, epitactic, or topotactic events, but does this categorization help us to explain why it is that some deterioration processes are random, chaotic, structured or periodic? One of the approaches that can help to explain the complex structures observed in ancient artefacts is that of fractal geometry. Examples are given of bronze and iron artefacts whose heavily corroded structures illustrate fractal morphologies, layered or banded structures, which represent self-organizing systems. These phenomena may produce layers of precipitation, or periodic microstructures whose genesis is not related to annual or fluctuating burial conditions, but to the type of growth phenomena of which the Liesegang precipitation is one example. Fractal and related models which help to explain some of these deteriorated structures are discussed, together with illustrated examples of several different types of morphologies.La détérioration des objets peut mettre en jeu un certain nombre de mécanismes de dégradation et produire une variété de morphologies qui dépendent du mode de formation des produits d'altération et du type d'objet en question. La détérioration peut être considérée comme dérivant d'événements reconstructifs, épitaxiaux ou topotactiques, mais cette catégorisation peut-elle nous aider à expliquer pourquoi tel ou tel processus de dégradation est aléatoire, chaotique, structuré ou encore périodique? La géométrie fractale peut permettre d'expliquer la complexité des structures observées dans les objets. On donne ici des exemples d'objets en bronze et en fer dont les structures, fortement corrodées, présentent des morphologies fractales, en couches ou en bandes, qui représentent des systèmes auto-organisés. Ces phénomènes peuvent produire des couches de précipitation ou des microstructures périodiques dont la genèse n'est pas reliée à des variations annuelles ou à des conditions d'ensevelissement qui fluctuent, mais plutôt au type de croissance, dont la précipitation selon le modèle de Liesegang est un exemple. On présente les fractales et autres modèles reliés permettant d'expliquer quelques-unes de ces structures dégradées, ainsi que des exemples illustrant plusieurs types différents de morphologies.Beim Zerfall von Artefakten finden in Abhängigkeit von der Art des Objektes und dem Zerfallsprozeß viele verschiedene Abbaumechanismen statt, die zur Entstehung zu eine großen Anzahl von Morphologien führen. Es kann dabei angenommen werden, dass der Zerfall von verschiedenen epitaktischen oder topotaktischen Vorgängen und der Rückumwandlung des Korrosionsproduktes abhängt, doch bleibt die Frage ob uns diese Charakterisierung beim Verständnis hilft, warum manche Abbauprozesse zufällig, chaotisch, strukturiert oder periodisch vorkommen. Ein anderer Ansatz diese komplexen an Artefakten beobachteten Prozesse zu verstehen, ist die fraktale Geometrie. Es werden Beispiele von Bronze- und Eisenobjekten gezeigt, deren stark korrodierte Strukturen fraktale Morphologien zeigen, Schichten oder verbundene Strukturen, die selbstorganisierte Systeme repräsentieren. Diese Phänomene können Schichten oder Ausfällungen produzieren, oder auch periodische Mikrostrukturen, deren Genese nicht in Bezug zu im Jahresrhythmus sich ändernden Bedingungen gebracht werden können, wohl aber zu Phänomenen des Wachstums von denen die Liesegangschen Ringe ein Beispiel sind. Fraktale und ähnliche Modelle, die bei der Erklärung einiger dieser Strukturen des Zerfalls helfen, werden anhand illustrierter Beispiele der verschiedenen Typen und Morphologien diskutiert.El deterioro de los objetos puede llevar implícito un determinado número de mecanismos de alteración así como producir una amplia variedad de morfologías, esto depende tanto de la manera de formarse el producto de deterioro como del tipo de artefacto del que se trate. El deterioro puede considerarse derivado de factores reconstructivos, epitácticos o topotácticos, pero ¿puede esta clasificación ayudarnos a explicar por qué ciertos procesos de alteración se producen aleatoriamente, caóticamente, de manera estructurada o periódica? Uno de las teorías que pueden ayudarnos a explicar estructuras complejas observadas en objetos antiguos es la geometría fractal (de fracciones). Se exponen ciertos ejemplos en casos de objetos de bronce y hierro, cuyas estructuras altamente corroídas ilustran la morfología fractal, por medio de estructuras en forma de capas o de bandas, las cuales representan sistemas autoorganizados. Estos fenómenos pueden producir capas de precipitación o microestructuras periódicas, cuya génesis no está relacionada tanto con condiciones variables de enterramiento (anuales o fluctuantes) como por el tipo de desarrollo de los fenómenos, de los cuales la precipitación de Liesegang es un ejemplo. Se discuten en este trabajo tanto el modelo fractal como otros relacionados que pueden ayudar a explicar algunas de las estructuras deterioradas; también se incluyen ejemplos ilustrativos de diferentes tipos de morfologías.