geochimica isotopica

geochimica isotopica

Disciplina che studia la distribuzione degli isotopi radiogenici e degli isotopi stabili nei minerali e ­nelle rocce. Generalmente essa è divisa in due branche corrispondenti a tali categorie i­sotopiche, riflettendo questa suddivisione i principî di base per i quali le proporzioni degli isotopi di alcuni elementi variano in natura: il decadimento radioattivo e i frazionamenti isotopici. La geochimica isotopica è nata già nei primi decenni dello scorso secolo soprattutto ­come geocronologia, cioè come misura del tempo geologico. La produzione di datazioni isotopiche poté essere estesamente applicata solo quando gli avanzamenti tecnologici permisero misure sufficientemente precise della composizione isotopica dei materiali geologici. Gli isotopi di un dato elemento sono atomi che hanno lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni, cosicché la loro somma o numero di massa risulta diversa. Alcuni isotopi naturali non sono stabili nel tempo e quindi decadono attraverso differenti meccanismi in altri elementi (radioattività naturale). Per es., il carbonio è costituito da tre isotopi che hanno rispettivamente numero di massa 12, 13 e 14 (¹²C,¹³C,¹⁴C); mentre il ¹⁴C decade naturalmente in azoto (¹⁴N), gli altri due isotopi ¹²C e ¹³C sono stabili. Gli isotopi che si formano per decadimento radioattivo sono detti isotopi radiogenici. Ogni isotopo instabile ha un tasso di decadimento variabile, espresso dal tempo necessario a che un numero di atomi iniziale si dimezzi (tempo di dimezzamento). I tempi di dimezzamento degli isotopi radiogenici sono generalmente noti con grande accuratezza e questo permette di ottenere la datazione isotopica di rocce e minerali in un ampio intervallo di tempo, praticamente per l’intera vita del nostro pianeta, da ca. 4,5 Ga (miliardi di anni) fino a oggi. La determinazione dell’età isotopica dei materiali terrestri ha consentito di effettuare un enorme avanzamento nello studio della Terra, passando dalle misure relative di età fornite dai classici metodi stratigrafici a valori numerici in anni. La geochimica isotopica è stata successivamente estesa alla genesi delle rocce, alla loro evoluzione sia in profondità sia in superficie. I differenti serbatoi terrestri avendo generalmente rapporti tra elementi instabili/stabili (radioattivi/radiogenici) diversi evolvono differentemente nel tempo, acquisendo rapporti isotopici distinti. Così, per es., la crosta continentale è più arricchita in rubidio (Rb, elemento radioattivo) rispetto allo stronzio (Sr, elemento radiogenico) che non il mantello terrestre. Dal momento che ⁸⁷Rb decade in ⁸⁷Sr, il rapporto isotopico ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr delle rocce crostali risulta chiaramente distinto e mediamente più alto di quelli delle rocce di origine mantellica. Anche i rapporti tra isotopi stabili di alcuni elementi possono essere distintivi di vari ambienti geologici e sono usati per caratterizzare e identificare processi generali che possono frazionarli in dipendenza della loro diversa massa (per es., ²H/¹H, ¹¹B/¹⁰B,¹³C/¹²C,¹⁸O/¹⁶O).

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