Os Anéis de Liesegang

1. INTRODUÇÃO

Um dos fenômenos fascinantes e visualmente mais atraentes, amplamente estudado e documentado na literatura de físico-química, é o da precipitação periódica comumente conhecida como bandagem de Liesegang [1-3]. As bandas de precipitado de Liesegang aparecem quando uma solução de um íon específico (por exemplo, Cr2O7 2- ) se difunde em um meio de gel tubular contendo seu íon co-precipitado (como Ag + ). O precipitado de Ag 2 Cr 2 O 7 moderadamente solúvel forma um conjunto de estratos discóticos perpendiculares ao eixo do tubo. Um panorama de padrões de Liesegang em faixas para diferentes sistemas de precipitados é exibido na Fig. 1 .

[pic 1]

O mecanismo do fenômeno de bandas de Liesegang não é de caráter universal. A maioria dos cientistas acredita que a primeira banda se afasta da primeira região de precipitação, atrasada pela difusão sobre uma zona inicialmente esgotada no íon difuso, até que o produto de concentração se acumule e exceda os limites de supersaturação e nucleação. Então esse ciclo é repetido e, portanto, causa a formação das próximas bandas periodicamente, em um cenário concertado conhecido como ciclo de supersaturação-nucleação-depleção, primeiro elucidado por Wilhelm Ostwald [4]. Outro grupo de cientistas acredita que as bandas emergem do rompimento de um sol coloidal uniforme pré-formado, devido a um mecanismo competitivo de crescimento de partículas mediado pelas tensões superficiais das várias partículas colóides, com uma ampla distribuição de tamanhos [5-7] . Devido à maior tensão superficial, as pequenas partículas se dissolvem e as espécies aquosas recém-formadas se difundem, impulsionadas pelo gradiente de concentração em direção à vizinhança de menor concentração de grandes partículas. Assim, as grandes partículas crescem e se agregam às custas das menores, deixando no meio uma zona sem precipitações. As duas 'montanhas' de agregados de partículas grandes constituem as faixas separadas por um 'vale' livre de precipitados. Esse mecanismo chamado "amadurecimento de Ostwald" [8,9] leva a um estado do sistema com partículas menores mas maiores (partículas grandes sobrevivem e crescem, enquanto partículas pequenas desaparecem). A dinâmica da distribuição granulométrica e o número de grãos por unidade de volume foram conjecturados em um estudo cinético detalhado de Lifshitz e Slyozov [10]. Os estratos de Liesegang não estão restritos aos sistemas 1D. Anéis concêntricos de precipitado se formam à medida que os íons se difundem radialmente de uma fonte central para um filme de gel 2D [2,11]. Recentemente, esferas concêntricas foram obtidas e estudadas em 3D [12].

Existe uma analogia impressionante entre as estratificações de Liesegang e as listras que são comumente observadas em uma grande variedade de rochas e minerais [13-17]. As amostras dessa semelhança estão representadas na figura 2 .

[pic 2]

Além disso, ágatas e geodos exibindo periodicidades exóticas de anéis coloridos exibem uma grande semelhança visual com a aparência dos anéis de Liesegang [17,18]. Uma grande variedade de semelhanças entre bandas simples de Liesegang em pequena escala laboratorial e várias características geológicas diversas foi exemplificada e relatada na literatura [13-15,17]. Estes foram explicados através de diferentes cenários e mecanismos operacionais. Tais estudos foram compilados recentemente em uma revisão abrangente de Sadek e Sultan [17], que inclui materiais geológicos e sistemas biológicos, além de aplicações em medicina, física e engenharia.

Nesta contribuição, focamos em alguns sistemas magmáticos com o objetivo de discutir se o fenômeno de Liesegang pode ser considerado um mecanismo viável para produzir padrões em materiais geológicos em escalas pequena e grande, e para esclarecer a relação entre processos magmáticos e o fenômeno de Liesegang.

2 LIESEGANG PADRÃO EM CRISTAIS E MAGMA CHAMBERS

Tentamos verificar se as zonações características de alguns plutões zonados circulares em larga escala e complexos de anéis alcalinos anorogênicos (como o complexo de anéis alcalinos Wadi Dib do Egito [18] ou o complexo de anéis Deloro de Ontário, Canadá [19,20]) podem de alguma forma, relacionado a um mecanismo do tipo Liesegang operado em um grande nível de câmara de magma. Através deste estudo, também lançaremos luz sobre questões como: as camadas cíclicas observadas em intrusões máficas - ultramaficas em camadas representam uma expressão natural do fenômeno de Liesegang? Os processos magmáticos, como os processos de cristalização fracionada (versus cristalização de equilíbrio), também estão relacionados ao fenômeno de Liesegang? Exemplos de camadas rítmicas e crípticas em corpos magmáticos e intrusões em camadas lopolíticas e exemplos de minerais de silicatos zonados (como granada e plagioclase) foram apresentados na literatura. Além disso, existem evidências petrográficas ou texturais, bem como evidências químicas para a presença de características típicas desenvolvidas em sistemas geológicos naturais, possivelmente como resultado de um mecanismo de auto-organização. Entre esses, os três exemplos a seguir são apresentados aqui.

2.1 Cristalização de desequilíbrio: zonação de cristal em escala de milímetro a nanômetro

Em geral, os minerais que cristalizam a partir de uma fusão tentam alcançar o equilíbrio para qualquer conjunto de condições de composição, temperatura e pressão. Texturas, bem como composições químicas de várias partes (do núcleo ao aro) de grãos minerais individuais podem ser usadas para avaliar até que ponto o equilíbrio foi alcançado. Os cristais composicionalmente homogêneos e tipicamente não zoneados geralmente se desenvolvem como resultado da cristalização do equilíbrio a uma taxa muito lenta de resfriamento. Por causa da cinética da reação, alguns minerais se aproximarão do equilíbrio físico e químico mais rapidamente do que outros, mas o equilíbrio perfeito provavelmente é raramente atingido [21]. Certas características petrográficas, como cristais de têmpera e zoneamento observados em alguns grãos minerais, são exemplos de evidências texturais de desequilíbrio. Zoneamento normal, zoneamento reverso e zoneamento oscilatório em cristais foram observados em vários grupos minerais, incluindo plagioclásio e minerais granada. A zonação observada nos cristais foi interpretada para refletir uma falha do fundido do silicato em alcançar o equilíbrio com suas fases sólidas de cristalização. Isso geralmente está associado a uma taxa relativamente rápida de resfriamento de corpos magmáticos, na qual a cristalização ocorre em níveis rasos da crosta terrestre de colocação magmática ou devido à erupção de lavas de silicato na superfície da Terra durante o vulcanismo.