Meteorización, por el cual la roca se convierte en suelo, tiene implicaciones para el clima de la Tierra, gestión de minerales metálicos, detección de contaminación y producción de alimentos. Usando un nuevo método de isótopos, el proyecto IsoNose siguió con éxito el viaje de los elementos químicos desde las rocas hasta las plantas.

El aprovechamiento de los recursos naturales en la superficie de la Tierra se está llevando a cabo a un ritmo y escala sin precedentes. Si esta explotación del suelo, agua, y los metales preciosos deben ser sostenibles, tiene que volverse más eficiente. Lograr esto se basa en comprender mejor los procesos biogeoquímicos transformadores involucrados cuando los elementos químicos viajan de la roca al suelo. en plantas, a través del agua subterránea, en el agua del río y en los depósitos de mineral.

El proyecto IsoNose, financiado con fondos europeos, se estableció para utilizar los avances tecnológicos recientes, especialmente en el campo de la espectrometría de masas, para explorar la formación de estos recursos naturales y así abrir el campo a mejores prácticas. El proyecto arrojó más luz, no solo en la forma en que la superficie de la Tierra transfiere elementos químicos disueltos, sino también en cómo los metales cambian su huella dactilar isotópica, ya que son absorbidos por organismos.

Medición de isótopos con espectrometría de masas

La roca se convierte en suelo, (meteorización), cuando el agua fluye a través de las fracturas de la roca y las reacciones químicas resultantes convierten los minerales primarios en minerales secundarios, con carbono orgánico acumulándose cerca de la superficie de la Tierra y una capa de suelo que queda debajo. Este proceso generalmente se desarrolla durante miles de años.

La disolución de la roca da como resultado cada uno de los elementos químicos que habían quedado atrapados, como el magnesio, hierro o zinc (tomando ejemplos metálicos) para seguir diferentes caminos. Algunos viajan a los suelos recién formados, otros son consumidos por plantas, con algunos disueltos en ríos. Para obtener más información sobre la composición y transformación de elementos metálicos específicamente, el equipo de IsoNose recolectó roca huésped, suelo degradado y sedimentos, así como muestras de agua, para análisis de laboratorio.

El análisis dependía de medir los isótopos de estos elementos (su masa o peso atómico variable) en las muestras. Los investigadores hicieron uso del llamado 'fraccionamiento de isótopos':la preferencia de ciertos isótopos (con pesos atómicos más pesados ​​o más livianos) para moverse hacia un material dado que se formó en la superficie de la Tierra por la intemperie. por ejemplo. Esto luego insinúa las posibles causas de estas transformaciones (como el cambio climático).

El equipo primero pesó las muestras para determinar qué cantidad de cada elemento contenían, con un proceso llamado cromatografía que luego se emplea para separar los elementos entre sí. Luego se usó un espectrómetro de masas para medir los isótopos inyectando las partículas de isótopos ionizados en un tubo con un campo eléctrico, separar los isótopos más ligeros de los más pesados, dando a cada muestra un valor de relación de isótopos.

Como coordinador del proyecto, el profesor Friedhelm von Blanckenburg, elabora, "La combinación de este método existente de 'espectrometría de masas multicollector acoplada inductivamente' con una técnica llamada ablación láser de femtosegundos resultó ser extremadamente poderosa. La combinación midió de manera muy precisa y simultánea pequeños cambios en la abundancia relativa de isótopos de elementos metálicos y cantidades químicas en sólidos con una resolución de unas milésimas de milímetro ".

Hacia prácticas mejoradas y alcance ampliado

Desde una perspectiva medioambiental, La investigación de IsoNose se puede utilizar para explicar cómo la superficie de la Tierra ha regulado el clima y los gases de efecto invernadero, durante millones de años. Las técnicas también se pueden implementar para identificar fuentes de contaminantes ambientales, así como para determinar la efectividad de los esfuerzos de remediación.

La medición de isótopos metálicos también aumenta la comprensión sobre cómo estos elementos llegaron a estar dentro de la roca en primer lugar. ofreciendo a la industria minera conocimientos para una extracción más sostenible. Como dice el profesor von Blanckenburg, "Hemos proporcionado un marco científico, con datos empíricos, para el mejor uso de los recursos de la superficie de la Tierra de una manera que no perjudique el uso por las generaciones futuras ".

Otra área probable de investigación futura es transferir estas técnicas a las prácticas de manejo del suelo, para la producción de alimentos que pueda satisfacer de manera más eficaz las necesidades de una población mundial, ahora supera con creces los siete mil millones de personas y está creciendo rápidamente. La medición de isótopos metálicos podría ayudar a rastrear con precisión las rutas de los nutrientes minerales desde el suelo hasta las plantas y, por lo tanto, conducir a fertilizantes más específicos. así como el establecimiento de biomarcadores de enfermedades.

Concluyendo, El profesor von Blanckenburg dice:"Nuestros investigadores utilizarán IsoNose como una plataforma desde la que dirigir este campo emergente hacia nuevas áreas, incluidas las geociencias, forense ambiental, ciencias biomédicas y prospección de recursos minerales ".