Información general sobre la geoquímica del boro (B)
El boro presenta dos formas de isótopos estables (10B, 11B) y 13 formas de isótopos radiactivos (desde 7B hasta 21B, sin incluir las formas estables del isótopo). Las formas estables del boro son las únicas que se generan de forma natural en el planeta: el 10B constituye el 20% y el 11B el 80%.
Las dos formas de boro que se utilizan en estudios geoquímicos (izquierda) y las 13 formas radiactivas de isótopos de boro (derecha).
Los materiales de los diferentes sistemas de la tierra y las condiciones ambientales se caracterizan por tener rangos discretos para el ratio isotópico de boro. Por lo tanto, este parámetro es frecuentemente utilizado para detectar huellas geoquímicas, detección de origen, predicción de contaminación y en estudios sobre el ciclo global del carbono y circulación oceánica.
Más información sobre tipos de muestras y su selección para análisis de boro
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Este vídeo forma parte del webinario de Beta Analytic: Análisis isotópico de boro
Paleoclimatología y paleoceanografía
El boro aparece disuelto en agua marina principalmente en forma de dos especies mononucleares: ácido bórico (H3BO3 o B(OH)3) y borato (BO3-3 or B(OH)4−), con un fraccionamiento isotópico diferente entre ambas especies ya que el ácido bórico está enriquecido en el isótopo más pesado (11B) en un 27.2%. La proporción relativa de ambas especies depende del pH, como se muestra más abajo:
B(OH)3 + H2O ↔ B(OH)4− + H+
pH alto ↔ pH bajo
El boro se incorpora en los carbonatos biogénicos e inorgánicos principalmente como borato. Sin embargo, la especie particular y la concentración de boro incorporada en carbonatos biogénicos (como conchas) depende del pH. Por ello, la composición isotópica del boro de los carbonatos biogénicos marinos refleja el pH del agua.
Correlación entre δ11B y el pH de carbonatos marinos en testigos de sedimentos del Atlántico norte durante los últimos 150 ky (Chalk et al., 2019).
La relación entre el pH y el porcentaje de dos diferentes tipos de boro (https://jpt.spe.org/comparison-methods-boron-removal-flowback-and-produced-waters)
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Huellas geoquímicas y detección de fuentes contaminantes
El boro es ampliamente utilizado en la industria (lubricantes, fundentes, aditivos), agricultura (como micro nutriente en fertilizantes) y productos del hogar (como agente blanqueador). El boro es un aditivo importante en la fabricación de acero, ya que aumenta la templabilidad del material. Por ejemplo, los aceros al boro se usan principalmente en la industria nuclear para proteger los sistemas y controlar las reacciones nucleares dada su capacidad natural de absorber neutrones. En otros sectores, un compuesto del boro conocido como borato de sodio (“Borax”) se usa comunmente en detergentes para remover manchas y moho, también en cosméticos como un conservativo y agente amortiguador.
Toneladas estimadas de boro que ingresan al medio ambiente desde 1972 (Fuente: EPA-68-01-3201,1976).
Firma de origen de las proporciones isotópicas de boro y nitrógeno en agua (Briand et al., 2013).
El boro se libera regularmente al medio ambiente debido a su uso ampliamente extendido en diferentes productos industriales. Los datos proporcionados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA 1976) confirman que sólo en 1972 se liberaron un total de 35,5 kilotoneladas de boro en el medio ambiente, de los cuales el 73% fue directamente introducido en el agua. La liberación de boro es particularmente problemática, ya que éste no se destruye en el medio ambiente, sino que puede cambiar su forma al separarse y adherirse a otras partículas en suelos, sedimentos y agua. Eventualmente puede aparecer en los alimentos (vegetales y frutas) dado que es un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas.
Referencias
Briand, C., Plagnes, V., Sebilo, M., Louvat, P., Chesnot, T., Schneider, M., Ribstein, P. and Marchet, P., (2013). Combination of nitrate (N, O) and boron isotopic ratios with microbiological indicators for the determination of nitrate sources in karstic groundwater. Environmental Chemistry, 10(5), pp.365-369. DOI: 10.1071/EN13036
Chalk, T.B., Foster, G.L. and Wilson, P.A., (2019). Dynamic storage of glacial CO2 in the Atlantic Ocean revealed by boron [CO32−] and pH records. Earth and Planetary Science Letters, 510, pp.1-11. DOI: 10.1016/j.epsl.2018.12.022
EPA (Environmental Protection Agency), (1976). Chemical technology and economics in environmental perspectives. Task II- Removal of Boron from wastewater. Environmental Protection Agency, Office of Toxic Substances, Washington, D.C. 20460
Giri, S.J., Swart, P.K. and Pourmand, A., (2019). The influence of seawater calcium ions on coral calcification mechanisms: Constraints from boron and carbon isotopes and B/Ca ratios in Pocillopora damicornis. Earth and Planetary Science Letters, 519, pp.130-140. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.05.008
Martínez-Botí, M.A., et al. (2015). Boron isotope evidence for oceanic carbon dioxide leakage during the last deglaciation. Nature, 518(7538), pp.219-222. DOI: 10.1038/nature14155