Geochimica isotopica: differenze tra le versioni

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La '''geochimica isotopica''' è la branca della [[geochimica]] che si occupa dello studio delle [[concentrazioneConcentrazione (chimica)|concentrazioni]] relative e assolute degli [[elemento chimico|elementi]] e dei loro [[isotopo|isotopi]] nella [[Terra]]. Si distinguono due campi di studio relativi rispettivamente alla geochimica degli isotopi stabili e alla geochimica degli isotopi [[radioattività|radioattivi]].

{{S|chimica}}

La '''geochimica isotopica''' è la branca della [[geochimica]] che si occupa dello studio delle [[concentrazione|concentrazioni]] relative e assolute degli [[elemento chimico|elementi]] e dei loro [[isotopo|isotopi]] nella [[Terra]]. Si distinguono due campi di studio relativi rispettivamente alla geochimica degli isotopi stabili e alla geochimica degli isotopi [[radioattività|radioattivi]].

La geochimica isotopica permette la datazione di [[roccia|rocce]] e [[minerale|minerali]] tramite l'utilizzo dei metodi di datazione assoluta che sfruttano la radioattività. Ha anche contribuito a una migliore comprensione della [[paleoclimatologia]], delle strutture e della dinamica interna del globo terrestre. Con il progredire delle tecniche si è sviluppato lo studio degli isotopi stabili, che ha consentito un approfondimento più particolareggiato dei grandi processi geologici, come quelli riguardanti l'ambiente delle [[era geologica|ere]] passate.

==Geochimica degli isotopi del piombo==

Il [[piombo]] possiede quattro isotopi stabili, ²⁰⁴Pb, ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb, ²⁰⁸Pb e l'isotopo radioattivo comune ²⁰²Pb caratterizzato da [[emivita (fisica)|emivita]] di circa 53000 anni.

Il piombo presente sulla Terra viene prodotto tramite decadimento degli [[elementi transuranici]], in primo luogo [[uranio]] e [[torio]].

La geochimica degli isotopi del piombo è utile per la [[datazione radiometrica]] di una varietà di materiali. In relazione al fatto che gli isotopi del piombo sono ottenuti tramite il [[decadimento radioattivo|decadimento]] di differenti elementi transuranici, i rapporti tra le concentrazioni di questi isotopi può essere sfruttato come tracciante nello studio delle rocce e dei [[sedimento|sedimenti]].

In questo modo è stato anche possibile datare campioni di [[ghiaccio]] dell'[[artide]] e ricavare anche informazioni sulle fonti atmosferiche di [[inquinamento]] da piombo.

==Samario-neodimio==

Lo studio del sistema isotopico [[Datazione samario-neodimio|samario-neodimio]] può essere sfruttato sia nell'ambito di determinazioni di materiale geologico che di vari altri materiali come quelli di interesse archeologico.

Dal punto di vista cinetico, l'isotopo ¹⁴⁷Sm decade producendo ¹⁴³Nd con tempo di dimezzamento di 1,06 x10¹¹ anni. La datazione viene effettuata applicando il metodo [[datazione isocrona|isocrono]] ai diversi minerali contenuti in una roccia.

Il rapporto isotopico iniziale ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd è stato determinato matematicamente ed è noto. Tale calcolo è stato effettuato utilizzando l'assunto del CHUR (''Chondritic Uniform Reservoir'', Riserva Uniforme Condritica), approssimazione che consiste nel considerare la Terra formata da materiale [[Condrite (astronomia)|condritico]], caratterizzato da rapporti isotopici Nd/Nd, Sm/Nd e da abbondanze relative comparabili con i valori dei [[meteorite|meteoriti]] condritici. In tal modo, il CHUR è stato determinato dall'analisi delle meteoriti [[Condrite (astronomia)|condritiche]] e [[acondrite|acondritiche]].

Il differente rapporto presente nel campione, in relazione al CHUR, fornisce le indicazioni relative all'evoluzione temporale della formazione del minerale.

==Renio-osmio==

[[Renio]] e [[osmio]] sono elementi calcofili presenti in quantità molto basse nella crosta terrestre. Il renio subisce decadimento radioattivo producendo osmio. Il rapporto tra osmio non radioattivo e osmio radioattivo varia in funzione del tempo trascorso.

Il renio tende a formare [[solfuro|solfuri]] con maggiore propensione rispetto all'osmio. Quindi, durante il periodo di formazione della Terra, quando il mantello era fuso, il renio andò in buona parte perduto e ciò permise al rapporto isotopico Os/Os di non variare apprezzabilmente. Questo significa che in pratica il rapporto iniziale dell'osmio presente in un campione geologico risulta di un valore determinato e fisso, in relazione al periodo di formazione della Terra. La variazione di tali rapporti viene utilizzata per studiare e determinare l'età degli eventi legati alla formazione del [[mantello terrestre]].

==Isotopi dell'elio==

L'isotopo ³[[elio|He]] rimase "intrappolato" nel nostro pianeta nel momento della formazione della Terra. Un certo quantitativo di elio-3 è stato aggiunto dalle polveri meteoriche, accumulandosi principalmente sul fondale degli [[oceano|oceani]]. Comunque, l'elio-3 durante il processo di [[subduzione]] abbandona i sedimenti oceanici e in tal modo il contributo cosmico non influenza la concentrazione del [[gas nobile]] nel mantello.

L'elio-3 viene prodotto dal bombardamento dei [[raggi cosmici]] e dalle reazioni di [[spallazione nucleare|spallazione]] del [[litio]] che avvengono generalmente nella [[crosta terrestre]]. Il processo di spallazione consiste nel bombardamento di [[neutrone|neutroni]] ad alta energia (''neutroni veloci'') che agiscono sugli atomi di litio producendo ³He e ⁴He ionici. Questo richiede quantità significative di litio, per potere influenzare il rapporto isotopico ³He/⁴He.

Tutto l'elio gassoso liberatosi viene perso alla fine nello spazio, a causa della velocità media dell'elemento che supera la [[velocità di fuga]] dalla Terra. Quindi, il contenuto in elio e i relativi rapporti isotopici, in relazione all'[[atmosfera terrestre]], vengono considerati praticamente costanti.

È stato osservato che l'isotopo ³He è presente nelle emissioni [[vulcano|vulcaniche]] e in campioni geologici provenienti dalla [[dorsale oceanica]]. Come la quantità di elio-3 si conservi sulla Terra è oggetto di studio, ma questo elemento è associato al mantello terrestre e viene utilizzato come marcatore per indagini su materiale di origine profonda.

A causa delle similitudini tra l'elio e il [[carbonio]] nell'ambito della chimica del [[magma]], il rilascio di elio gassoso è legato alla perdita di composti volatili ([[acqua]], [[biossido di carbonio]]) dal mantello, il che avviene in profondità minori di 60 km. L'isotopo ³He presente sulla superficie terrestre è principalmente il risultato del trasporto dovuto all'intrappolamento nei [[reticolo cristallino|reticoli cristallini]] dei minerali entro inclusioni fluide.

L'elio-4 è il prodotto del decadimento radioattivo di elementi quali l'[[uranio]] e il [[torio]]. La [[crosta continentale]] si è arricchita di questi elementi rispetto al mantello e perciò un maggior quantitativo di ⁴He viene prodotto nella crosta piuttosto che nel mantello.

===Rapporto R/Ra===

Il rapporto isotopico '''R''' definito come ³He/⁴He viene spesso utilizzato per rappresentare il contenuto relativo in ³He. Solitamente '''R''' assume un valore multiplo rispetto allo stesso rapporto isotopico riferito però alle concentrazioni nell'atmosfera e indicato con '''Ra'''.

Valori comuni di '''R'''/'''Ra''' sono i seguenti:

*Crosta continentale vecchia: <1

*[[Basalto]] della dorsale oceanica: 7-9

*Rocce della dorsale in espansione: 9,1 ±3,6

*Rocce di un [[punto caldo]]: 5-42

*Acque oceaniche e terrestri: 1

*Acque di formazione sedimentaria: <1

*Acqua di sorgente termale: 3-11

La geochimica degli isotopi dell'elio trova utilizzazioni quali la datazione delle [[falda acquifera|falde acquifere]], la stima delle velocità di flusso delle falde acquifere, la determinazione del livello di [[inquinamento]] dell'acqua, e inoltre fornisce informazioni sui processi [[circolazione idrotermale|idrotermali]], la [[geologia]] [[roccia magmatica|ignea]] e l'[[orogenesi]].

==Trizio-elio-3==

Il [[trizio]] viene rilasciato nell'atmosfera in seguito ai test nucleari che implicano esplosioni atomiche. Il decadimento radioattivo del trizio produce a sua volta l'isotopo del gas nobile ³He. Dal rapporto trizio/elio-3 (³H/³He) è possibile stimare l'età delle recenti falde acquifere.

==Bibliografia==

*Gunter Faure, ''Principles of Isotope Geochemistry'', ISBN 0-471-86412-9.

*Burnard P.G., Farley K.A., Turner G., 1998. ''Multiple fluid pulses in a Samoan harzburgite.'' Chemical Geology, 147, pp.&nbsp;99–114.

*Kirstein L., Timmerman M., 2000. ''Evidence of the proto-Iceland lume in northwestern Ireland at 42Ma from helium isotopes.'' Journal of the Geophysical Society, London. Vol 157, pp.&nbsp;923–927.

*Porcelli D., Halliday A.N., 2001. ''The core as a possible source of mantle helium.'' Earth and Planetary Science Letters, 192, pp.&nbsp;45–56.

*Arne D., Bierlein F.P., Morgan J.W., Stein H.J., 2001. ''Re-Os Dating of Sulfides Associated with gold mineralisation in central Victoria, Australia.'' Economic Geology, 96, pp.&nbsp;1455–1459.

*Martin C., 1991. ''Osmium isotopic characteristics of mantle-derived rocks.'' Geochimica et Cosmochimica Acta, 55, pp.&nbsp;1421–1434.

==Voci correlate==

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* [[Datazione radiometrica]]

==Collegamenti esterni==

[[Categoria:Geochimica]]

* {{cita web|http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/isopubs/itchch2.html|Fondamenti di geochimica isotopica|lingua=en}}

* {{cita web|http://wwwrcamnl.wr.usgs.gov/isoig/res/funda.html|Fondamenti di geochimica degli isotopi stabili|lingua=en}}

* {{cita web|1=http://www.science.uottawa.ca/~eih/ch1/ch1.htm|2=Isotopi ambientali|lingua=en|accesso=4 agosto 2007|dataarchivio=8 febbraio 2007|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070208232639/http://www.science.uottawa.ca/~eih/ch1/ch1.htm|urlmorto=sì}}

* {{cita web|http://www.geotrack.com.au/uthhe/u-th-he-techinfo.htm|Datazione (U-Th)/He dell'apatite come strumento di indagine della storia termale|lingua=en}}

* {{cita web|http://water.usgs.gov/lab/3h3he/background/|Datazione Trizio/Elio-3 delle falde acquifere|lingua=en}}

{{Cronologia universale}}

{{Portale|chimica}}

{{ScienzeControllo delladi Terraautorità}}

{{portale|chimica|scienze della Terra}}

[[Categoria:Geochimica]]

[[id:Geokimia isotop]]

[[en:Isotope geochemistry]]

[[es:Geoquímica de isótopos]]

[[et:Isotoopgeoloogia]]

[[fr:Géologie isotopique]]