agenti atmosferici, per cui la roccia diventa terra, ha implicazioni per il clima della Terra, gestione dei minerali metallici, rilevamento dell'inquinamento e produzione alimentare. Utilizzando un nuovo metodo isotopico, il progetto Isonose ha seguito con successo il viaggio degli elementi chimici dalla roccia alle piante.

Lo sfruttamento delle risorse naturali sulla superficie terrestre avviene a un ritmo e su una scala senza precedenti. Se questo sfruttamento del suolo, acqua, e metalli preziosi deve essere sostenibile, deve diventare più efficiente. Il raggiungimento di questo si basa su una migliore comprensione dei processi biogeochimici trasformativi coinvolti quando gli elementi chimici viaggiano dalla roccia al suolo, nelle piante, attraverso le acque sotterranee, nelle acque dei fiumi e nei giacimenti minerari.

Il progetto Isonose, finanziato dall'UE, è stato istituito per utilizzare i recenti progressi tecnologici, soprattutto nel campo della spettrometria di massa, esplorare la formazione di queste risorse naturali e quindi aprire il campo a migliori pratiche. Il progetto ha gettato ulteriore luce, non solo sul modo in cui la superficie terrestre trasferisce gli elementi chimici disciolti, ma anche su come i metalli spostano la loro impronta isotopica, in quanto assorbiti dagli organismi.

Misurazione degli isotopi con spettrometria di massa

La roccia si trasforma in suolo, (gli agenti atmosferici), quando l'acqua scorre attraverso le fratture della roccia e le conseguenti reazioni chimiche convertono i minerali primari in minerali secondari, con carbonio organico che si accumula vicino alla superficie terrestre e uno strato di suolo lasciato al di sotto. Questo processo si svolge in genere nel corso di migliaia di anni

La dissoluzione della roccia provoca ciascuno degli elementi chimici che erano stati intrappolati, come il magnesio, ferro o zinco (prendendo esempi metallici) per seguire percorsi diversi. Alcuni viaggiano nei terreni appena formati, altri sono consumati dalle piante, con alcuni disciolti nei fiumi. Per approfondire nello specifico la composizione e la trasformazione degli elementi metallici, il team di IsoNose ha raccolto roccia ospitante, suolo e sedimenti alterati, così come campioni d'acqua, per analisi di laboratorio.

L'analisi dipendeva dalla misurazione degli isotopi di questi elementi (il loro peso atomico o massa variabile) nei campioni. I ricercatori hanno fatto uso del cosiddetto "frazionamento isotopico" - la preferenza di alcuni isotopi (con pesi atomici più pesanti o più leggeri) per spostarsi in un dato materiale che si è formato sulla superficie terrestre dagli agenti atmosferici, Per esempio. Questo suggerisce quindi le probabili cause di queste trasformazioni (come il cambiamento climatico).

Il team ha prima pesato i campioni per determinare la quantità di ciascun elemento che contenevano, con un processo chiamato cromatografia poi impiegato per separare gli elementi l'uno dall'altro. Uno spettrometro di massa è stato quindi utilizzato per misurare gli isotopi iniettando le particelle isotopiche ionizzate in un tubo con un campo elettrico, separando gli isotopi più leggeri da quelli più pesanti, assegnando a ciascun campione un valore di rapporto isotopico.

In qualità di coordinatore del progetto, il professor Friedhelm von Blanckenburg, elabora, "La combinazione di questo metodo esistente di 'spettrometria di massa ad accoppiamento induttivo multicollettore' con una tecnica chiamata ablazione laser a femtosecondi si è rivelata estremamente potente. La combinazione ha misurato in modo molto preciso e simultaneamente piccoli cambiamenti nell'abbondanza relativa di isotopi di elementi metallici e quantità chimiche sui solidi con una risoluzione di pochi millesimi di millimetro."

Verso pratiche migliorate e ambito ampliato

Dal punto di vista ambientale, La ricerca di IsoNose può essere utilizzata per spiegare come la superficie terrestre ha regolato il clima e i gas serra, nel corso di milioni di anni. Le tecniche possono essere impiegate anche per identificare le fonti di contaminanti ambientali, nonché per determinare l'efficacia degli sforzi di riparazione.

La misurazione degli isotopi metallici aumenta anche la comprensione di come questi elementi siano arrivati ​​​​all'interno della roccia in primo luogo, offrendo al settore minerario approfondimenti per un'estrazione più sostenibile. Come dice il professor von Blanckenburg, "Abbiamo fornito un quadro scientifico, con dati empirici, per un migliore utilizzo delle risorse della superficie terrestre in modo da non pregiudicare l'uso da parte delle generazioni future".

Un'altra probabile area di ricerca futura è quella di trasferire queste tecniche alle pratiche di gestione del suolo, per una produzione alimentare che possa soddisfare più efficacemente i bisogni di una popolazione mondiale, ora ben oltre sette miliardi di persone e in rapida crescita. La misurazione degli isotopi metallici potrebbe aiutare a tracciare con precisione i percorsi dei nutrienti minerali dal suolo alle piante e quindi portare a fertilizzanti più mirati, così come la creazione di biomarcatori per le malattie.

Concludendo, Il professor von Blanckenburg dice, "I nostri ricercatori utilizzeranno IsoNose come piattaforma da cui guidare questo campo emergente in nuove aree tra cui le geoscienze, forense ambientale, scienze biomediche e prospezione delle risorse minerarie."