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Un nuevo análisis de la erosión logra seguir la pista del flujo geoquímico bajo la superficie terrestre

La erosión, por la que las rocas se convierten en tierra, tiene implicaciones para el clima de la Tierra, la gestión de los minerales metálicos, la detección de la contaminación y la producción alimentaria. Empleando un nuevo método de isótopos, el proyecto IsoNose logró seguir el viaje de los elementos químicos desde las rocas hasta las plantas.
Un nuevo análisis de la erosión logra seguir la pista del flujo geoquímico bajo la superficie terrestre
Se están aprovechando los recursos naturales de la superficie terrestre a un ritmo y escala sin precedentes. Si se quiere que esta explotación del suelo, el agua y los metales preciosos sea sostenible, debe volverse más eficiente. Lograrlo radica en una mejor comprensión de los procesos biogeoquímicos que intervienen cuando los elementos químicos viajan de las rocas al suelo, entran en las plantas, atraviesan las aguas subterráneas y se introducen en las aguas fluviales y los yacimientos de metales.

El proyecto financiado con fondos europeos IsoNose se creó para utilizar los recientes avances tecnológicos, en particular en el ámbito de la espectrometría de masas, para explorar la formación de estos recursos naturales y, así, abrir este ámbito a mejores prácticas. El proyecto permitió ahondar, no solo en la forma en que la superficie terrestre transfiere los elementos químicos disueltos, sino también en cómo los metales modifican su huella isotópica a medida que son absorbidos por organismos.

Medición de isótopos con espectrometría de masas

Las rocas se convierten en tierra, (erosión), cuando el agua fluye a través de sus fracturas y las consiguientes reacciones químicas convierten los minerales primarios en minerales secundarios y se acumula carbono orgánico cerca de la superficie de la Tierra dejando una capa de suelo debajo. Este proceso suele desarrollarse a lo largo de miles de años

La disolución de las rocas hace que cada uno de los distintos elementos químicos que habían quedado atrapados en ellas, tales como el magnesio, el hierro o el zinc (si se toman ejemplos de metales) sigan distintos caminos. Algunos viajan hasta los suelos recién formados, otros son absorbidos por vegetales y otros, se disuelven en los ríos. Para conocer mejor la composición y transformación de los elementos metálicos, el equipo de IsoNose recogió rocas huésped, tierra erosionada y sedimentos, así como muestras de agua, para realizar un análisis en el laboratorio.

El análisis profundizó en la medición de los isótopos de estos elementos (la variación de su peso atómico o su masa atómica) en las muestras. Los investigadores utilizaron el llamado «fraccionamiento isotópico»: la preferencia de algunos isótopos (con pesos atómicos mayores o menores) para introducirse en un determinado material que se formó en la superficie terrestre, por ejemplo, por erosión. Esto, luego, apunta a las posibles causas de estas transformaciones (tales como el cambio climático).

El equipo pesó primero las muestras para determinar la cantidad de cada elemento que contenían mediante un proceso llamado cromatografía que, después, se empleó para separar unos elementos de otros. A continuación se utilizó un espectrómetro de masas para medir los isótopos inyectando las partículas de isótopos ionizados en un tubo con un campo eléctrico que separó los isótopos más ligeros de los más pesados, de forma que se asignó a cada muestra un valor de relación isotópica.

Como detalla el coordinador del proyecto, el profesor Friedhelm von Blanckenburg: «La combinación de este método existente de "espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo multicolector" con una técnica llamada ablación con láser de femtosegundo resultó ser muy potente. La combinación permitió medir con mucha precisión y simultáneamente pequeños cambios en la abundancia relativa de isótopos de elementos metálicos y las cantidades de productos químicos presentes en sólidos con una resolución de unas pocas milésimas de milímetro».

Camino de unas mejores prácticas y un alcance ampliado

Desde una perspectiva medioambiental, la investigación de IsoNose puede utilizarse para explicar cómo la superficie terrestre ha regulado el clima y los gases de efecto invernadero a lo largo de millones de años. Asimismo, las técnicas pueden destinarse a identificar fuentes de contaminantes medioambientales, así como para determinar la eficacia de los esfuerzos de las medidas correctivas.

Además, la medición de los isótopos metálicos permite comprender mejor cómo estos elementos llegaron a estar en un principio dentro de las rocas, lo cual aporta información a la industria minera para llevar a cabo una extracción más sostenible. Tal como plantea el profesor von Blanckenburg: «Hemos ofrecido un marco científico con datos empíricos para un mejor uso de los recursos de la superficie terrestre de forma que no vaya en detrimento de su uso por parte de las generaciones futuras».

Otra posible área de investigación futura es la transferencia de estas técnicas a las prácticas de gestión del suelo para una producción alimentaria que pueda atender más eficazmente las necesidades de la población mundial, ahora muy superior a los 7 000 millones de personas y en rápido crecimiento. La medición de los isótopos metálicos ayuda a seguir con precisión el itinerario de los nutrientes minerales desde los suelos hasta las plantas y, por tanto, propicia la obtención de unos abonos más específicos, así como la creación de biomarcadores de enfermedades.

Para acabar, el profesor von Blanckenburg declara: «Nuestros investigadores utilizarán IsoNose como plataforma a partir de la que liderarán este ámbito emergente en nuevos campos como la geociencia, la ciencia forense ambiental, las ciencias biomédicas y la prospección de recursos minerales».

Palabras clave

IsoNose, suelo, roca, erosión, agua, minerales, elementos metálicos, isótopos, yacimientos de metales, espectrómetro de masas, producción alimentaria
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