Intemperismo, pelo qual a rocha se torna solo, tem implicações para o clima da Terra, gerenciamento de minério de metal, detecção de poluição e produção de alimentos. Usando um novo método isotópico, o projeto IsoNose acompanhou com sucesso a jornada dos elementos químicos da rocha às plantas.

O aproveitamento dos recursos naturais da superfície da Terra está ocorrendo em um ritmo e escala sem precedentes. Se esta exploração do solo, agua, e metais preciosos devem ser sustentáveis, tem que se tornar mais eficiente. Alcançar isso depende de uma melhor compreensão dos processos biogeoquímicos de transformação envolvidos quando os elementos químicos viajam da rocha para o solo, em plantas, através da água subterrânea, na água do rio e nos depósitos de minério.

O projeto IsoNose financiado pela UE foi estabelecido para usar os avanços tecnológicos recentes, especialmente no campo da espectrometria de massa, explorar a formação desses recursos naturais e assim abrir o campo para melhores práticas. O projeto lançou mais luz, não apenas na forma como a superfície da Terra transfere elementos químicos dissolvidos, mas também em como os metais mudam sua impressão digital de isótopos, à medida que são absorvidos por organismos.

Medindo isótopos com espectrometria de massa

A rocha é convertida em solo, (intemperismo), quando a água flui através de fraturas de rocha e as reações químicas resultantes convertem minerais primários em minerais secundários, com carbono orgânico se acumulando perto da superfície da Terra e uma camada de solo deixada abaixo. Esse processo normalmente se desenvolve ao longo de milhares de anos

A dissolução da rocha resulta em cada um dos elementos químicos que foram presos, como magnésio, ferro ou zinco (tomando exemplos metálicos) para seguir caminhos diferentes. Alguns viajam para os solos recém-formados, outros são consumidos pelas plantas, com alguns dissolvidos em rios. Para saber mais sobre a composição e transformação de elementos metálicos especificamente, a equipe IsoNose coletou rocha hospedeira, solo e sedimentos intemperizados, bem como amostras de água, para análise de laboratório.

A análise dependia da medição dos isótopos desses elementos (seu peso ou massa atômica variável) nas amostras. Os pesquisadores usaram o chamado 'fracionamento de isótopos' - a preferência de certos isótopos (com pesos atômicos mais pesados ​​ou mais leves) de se moverem para um determinado material que se formou na superfície da Terra pelo intemperismo, por exemplo. Isso, então, sugere as prováveis ​​causas dessas transformações (como as mudanças climáticas).

A equipe primeiro pesou as amostras para determinar quanto de cada elemento elas continham, com um processo denominado cromatografia então empregado para separar os elementos uns dos outros. Um espectrômetro de massa foi então usado para medir os isótopos, injetando as partículas de isótopos ionizados em um tubo com um campo elétrico, separando os isótopos mais leves dos mais pesados, dando a cada amostra um valor de razão isotópica.

Como coordenador do projeto, Professor Friedhelm von Blanckenburg, elabora, "Combinar este método existente de 'espectrometria de massa multicoletor indutivamente acoplado' com uma técnica chamada ablação a laser de femtossegundo revelou-se extremamente poderoso. A combinação mediu com muita precisão e simultaneamente pequenos desvios na abundância relativa de isótopos de elementos metálicos e quantidades químicas em sólidos com uma resolução de alguns milésimos de milímetro. "

Rumo a práticas aprimoradas e escopo expandido

Do ponto de vista ambiental, A pesquisa da IsoNose pode ser usada para explicar como a superfície da Terra regulou o clima e os gases de efeito estufa, ao longo de milhões de anos. As técnicas também podem ser implantadas para identificar fontes de contaminantes ambientais, bem como para determinar a eficácia dos esforços de remediação.

Medir isótopos metálicos também aumenta a compreensão sobre como esses elementos surgiram dentro da rocha, em primeiro lugar, oferecendo insights da indústria de mineração para uma extração mais sustentável. Como o professor von Blanckenburg coloca, "Nós fornecemos uma estrutura científica, com dados empíricos, para o melhor uso dos recursos da superfície da Terra de uma maneira que não prejudique o uso pelas gerações futuras. "

Outra área provável de pesquisas futuras é a transferência dessas técnicas para práticas de manejo do solo, para a produção de alimentos que podem atender de forma mais eficaz às necessidades de uma população global, agora bem mais de sete bilhões de pessoas e em rápido crescimento. A medição de isótopos metálicos pode ajudar a rastrear com precisão os caminhos dos nutrientes minerais do solo às plantas e, assim, levar a fertilizantes mais direcionados, bem como o estabelecimento de biomarcadores para doenças.

Concluindo, O professor von Blanckenburg diz:"Nossos pesquisadores usarão o IsoNose como uma plataforma para liderar este campo emergente em novas áreas, incluindo as geociências, perícia ambiental, ciências biomédicas e prospecção de recursos minerais. "