Descripción general de la geoquímica del estroncio (Sr)
El elemento estroncio tiene cuatro isótopos naturales: 84Sr, 86Sr, 87Sr, y 88Sr. Solo el isótopo87Sr es radiogénico, producido por la desintegración β del 87con una vida media de 48.8 billones de años. El isótopo de estroncio más abundante es el 88Sr, que constituye aproximadamente el 83 % del estroncio natural; seguido por 10% 86Sr, 7% 87Sr y <1% 84Sr. En investigaciones geológicas y ambientales, la proporción de 87Sr/86Sr es comúnmente usada debido a sus abundancias similares: 7% y 10%, respectivamente.
Las cuatro especies de isótopos de estroncio. La relación 87Sr/86Sr se usa comúnmente en estudios geoquímicos
El estroncio es un oligoelemento ubicuo presente en las rocas, el suelo, el agua, las plantas y los animales. La relación 87Sr/86Sr ratio es una función del origen geoquímico, la concentración de Rb y la edad de la roca de origen. Debido a la gran masa atómica de Sr, la relación permanece esencialmente sin cambios a medida que la roca se meteoriza y se mueve a través del ciclo del agua y la cadena alimenticia. Por eso el ratio de 87Sr/86Sr se utiliza frecuentemente en estudios de caracterización geoquímica, detección de fuentes, predicción de contaminación e investigaciones de migración y movilidad. El cambio sistemático en el ratio 87Sr/86Sr del agua de mar a través del tiempo ha proporcionado una base para la estratigrafía de estroncio y la cronología de estroncio de carbonatos y fosfatos biogénicos marinos.
Más información sobre tipos de muestra y selección para análisis de estroncio.
Arqueología
Proporción isotópica de estroncio (87Sr/86Sr) de los dientes deciduos humanos que muestran la movilidad humana en el sur de Italia durante los períodos Gravetiense y Epigravetiense (32.157-19.097 cal BP), a lo largo del último máximo glacial. Adaptado de Lugli et al., 2019.
Cada región del mundo presenta una proporción específica de 87Sr/86Sr basada en la geología circundante y las fuentes de agua. La geología de una región y, a su vez, los suelos tienen una firma específica de 87Sr/86Sr vinculada a su origen. Por lo tanto los humanos, las plantas y otros animales heredan la firma isotópica Sr de su hábitat a medida que Sr se incorpora en sus células junto con otros elementos (i.e. Ca).
A medida que los humanos y los animales se mueven de un hábitat a otro, pueden estar expuestos a diferentes fuentes de agua y alimentos (vegetales y animales). La medición del ratio 87Sr/86Sr en huesos y cabello humanos y animales es una gran herramienta para rastrear la movilidad y la migración. Por ejemplo, el análisis de 87Sr/86Sr en dientes humanos puede proporcionar información sobre el lugar del nacimiento, ya que nacemos con dientes permanentes y temporales. Además, la medición 87Sr/86Sr de cabello y uñas, que se renuevan constantemente, pueden revelar evidencias de la ubicación de un individuo durante la época previa a su fallecimiento.
Obtenga más información en nuestras publicaciones:
Análisis isotópicos en huesos: datación, análisis ambiental y migración
Rastreo de la dieta de herbívoros y omnívoros a través del análisis isotópico.
Agua subterránea
Intrusión de agua salada en el acuífero de Biscayne según lo indicado por la relación isotópica de estroncio (87Sr/86Sr) de muestras de agua recolectadas en el condado de Miami-Dade durante 2009. Datos de Prinos et al., 2014.
Los procesos físicos como la meteorización no provocan el fraccionamiento de los isótopos de estroncio. Dado que la relación 87Sr/86Sr ratio no se ve afectada por la meteorización, mantiene la firma de las formaciones rocosas circundantes y, por lo tanto, también se puede analizar el tipo de rocas meteorizadas.
Asimismo, el ratio 87Sr/86Sr de agua subterránea refleja la firma isotópica de la fuente de agua más las formaciones rocosas que atraviesa a lo largo de su curso. El uso de la proporción isotópica de Sr junto con la concentración de Sr en el agua resulta ser un método eficaz para rastrear la mezcla y contaminación del agua subterránea, así como la intrusión de agua salada.
Por ejemplo, la concentración y los valores isotópicos de estroncio se pueden usar para rastrear la fuente y el nivel de contaminación de dentro de los perfiles de agua subterránea, como lo demuestra Nigro et al. (2017).
Más información sobre el uso de isótopos Sr-Nd para estudios de meteorización.
Geocronología-Estratigrafía
Relación isotópica de estroncio (87 Sr/ 86 Sr) del agua de mar durante el tiempo geológico basada en análisis de muestras de sedimentos a granel, braquiópodos inalterados, belemnitas, conodontos y foraminíferos de varios lugares del mundo. El área roja indica el intervalo de confianza del 95 por ciento. Adaptado de McArthur et al., 2001.
La precipitación de carbonatos y fosfatos biogénicos marinos implica la absorción de estroncio del agua de mar con una relación 87Sr/86Sr idéntica a la del valor oceánico en el momento de la incorporación. Esta relación 87Sr/86Sr del océano varía a través del tiempo, creando una curva predecible que se puede utilizar para la calibración de fechas. Esta curva de Sr en agua marina se ha desarrollado durante los últimos 850 millones de años usando calcita foraminífera, rostra de belemnites, aragonito de amonites, carbonatos de atolón y cemento marino (McArthur et al. 2012).
Al medir la relación 87Sr/86Sr en la muestra y situarla en la curva de Sr estándar de agua marina se puede determinar la edad de la muestra (minerales marinos). Este método funciona mejor para períodos de tiempo con cambios unidireccionales a largo plazo en la relación 87Sr/86Sr como el Terciario, pero técnicamente puede funcionar durante los últimos 600 millones de años. Este método proporciona una resolución temporal máxima de 1 millón de años.
Ciencias forenses
Rangos 87Sr/86Sr de sustratos geológicos (cajas abiertas) y vinos (cajas llenas) de los viñedos sobre el mismo sustrato en diferentes regiones de Italia. Redibujado de Marchionni et al., 2013.
El concepto “somos lo que comemos” es muy acertado cuando se trata de la firma isotópica de los organismos vivos. Las células humanas, plantas y otros animales reflejan la firma isotópica de la comida y el agua de sus hábitats, incluyendo la firma de estroncio 87Sr/86Sr. Esta cualidad se usa con éxito en la ciencia forense para la caracterización geoquímica de narcóticos, para estudiar el origen étnico de un individuo que vive en una sociedad, rastrear el patrón de migración de las comunidades, determinar la ubicación de la muerte y rastrear la adulteración de alimentos, especialmente en la industria del vino. Esta técnica es similar a la que utilizan los investigadores arqueológicos para identificar la migración de personas, el comercio de bienes y las características del estilo de vida de antiguas civilizaciones.
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Industria petrolera
Las proporciones isotópicas de estroncio de las sales residuales en la capa de petróleo de la formación Tilje del Jurásico inferior, Noruega, muestran que las capas de esquisto compartimentan los yacimientos de petróleo. Algunas capas actúan como barreras más efectivas para compartimentalizar yacimientos de petróleo que otras. Modificado de acuerdo a Peters et al., 2005.
La caracterización geoquímica de estroncio tiene una variedad de aplicaciones en la industria petrolera. Dado que diferentes formaciones geológicas presentan firmas isotópicas de Sr específicas, la relación 87Sr/86Sr se puede utilizar para estudiar la migración y la mezcla de petróleo entre unidades geológicas y su eficiencia de compartimentación. El ratio isótopico de Sr también se usa ampliamente para rastrear la producción de agua y la estratigrafía de isótopos.
Referencias
Bentley, R.A., (2006). Strontium isotopes from the earth to the archaeological skeleton: a review. Journal of archaeological method and theory, 13(3), pp.135-187. DOI: 10.1007/s10816-006-9009-x
Capo, R.C., Stewart, B.W. and Chadwick, O.A., (1998). Strontium isotopes as tracers of ecosystem processes: theory and methods. Geoderma, 82(1-3), pp.197-225. DOI: 10.1016/S0016-7061(97)00102-X
Lugli, F., Cipriani, A., Capecchi, G., Ricci, S., Boschin, F., Boscato, P., Iacumin, P., Badino, F., Mannino, M.A., Talamo, S. and Richards, M.P., (2019). Strontium and stable isotope evidence of human mobility strategies across the Last Glacial Maximum in southern Italy. Nature ecology & evolution, 3(6), pp.905-911. DOI: 10.1038/s41559-019-0900-8
Marchionni, S., Braschi, E., Tommasini, S., Bollati, A., Cifelli, F., Mulinacci, N., Mattei, M. and Conticelli, S., (2013). High-precision 87Sr/86Sr analyses in wines and their use as a geological fingerprint for tracing geographic provenance. Journal of agricultural and food chemistry, 61(28), pp.6822-6831. DOI: 10.1021/jf4012592
McArthur, J.M., Howarth, R.J. and Bailey, T.R., (2001). Strontium isotope stratigraphy: LOWESS version 3: best fit to the marine Sr-isotope curve for 0–509 Ma and accompanying look-up table for deriving numerical age. The Journal of Geology, 109(2), pp.155-170. DOI: 10.1086/319243
McArthur, J.M., Howarth, R.J. and Shields, G.A., 2012. Strontium isotope stratigraphy. The geologic time scale, 1, pp.127-144.
Nigro, A., Sappa, G. and Barbieri, M., (2017). Strontium isotope as tracers of groundwater contamination. Procedia Earth and Planetary Science, 17, pp.352-355. DOI: 10.1016/j.proeps.2016.12.089
Peters, K.E., Walters, C.C. and Moldowan, J.M., (2007). The biomarker guide: Volume 1, Biomarkers and isotopes in the environment and human history. Cambridge university press.
Prinos, S.T., Wacker, M.A., Cunningham, K.J. and Fitterman, D.V., (2014). Origins and delineation of saltwater intrusion in the Biscayne aquifer and changes in the distribution of saltwater in Miami-Dade County, Florida (No. 2014-5025). US Geological Survey. DOI: 10.3133/sir20145025