Panoramica sulla geochimica di Sr-Nd-Hf
Gli isotopi radiogenici a lunga vita, in particolare lo stronzio (Sr), il neodimio (Nd) e l’afnio (Hf), sono stati ampiamente utilizzati nel campo delle scienze della terra e del sistema terrestre per studiare l’evoluzione delle rocce ignee e metamorfiche, l’origine dei sedimenti, i regimi di meteorizzazione continentale, la provenienza delle polveri, gli input idrotermali negli oceani e i pattern di circolazione oceanica passati e presenti. Questi isotopi radiogenici a lunga vita sono caratterizzati da un decadimento dell’isotopo genitore lento rispetto all’età del Sistema solare.
Gli isotopi di stronzio (Sr), neodimio (Nd), afnio (Hf) e piombo (Pb) comunemente usati per gli studi geochimici.
Lo stronzio ha quattro isotopi naturali (88Sr, 87Sr, 86Sr, 84Sr), la cui abbondanza è pari a 83%, 7%, 10% e <1% rispettivamente. Lo stronzio-87 viene prodotto per decadimento beta a partire dall' 87Rb con un tempo di dimezzamento di 48,8 miliardi di anni. Nell’ambito degli studi geologici e ambientali, viene solitamente utilizzato il rapporto 87Sr/86Sr. Nel sistema samario-neodimio (Sm-Nd), il 147Sm decade nell’isotopo figlio 143Nd con un tempo di dimezzamento di 106 miliardi di anni.
Ulteriori informazioni sui tipi di materiale e la selezione dei campioni per l’analisi di Sr-Nd-Hf.
Fingerprinting geochimico e tracciamento delle fonti
Il rapporto 87Sr/86Sr è determinato dalla concentrazione di Rb, dall’origine geochimica e dall’età della roccia. A causa della massa elevata dello stronzio, il rapporto resta essenzialmente invariato mentre il materiale roccioso viene eroso e si sposta nel ciclo dell’acqua e nella catena alimentare. Grazie a questa sua caratteristica, il rapporto 87Sr/86Sr viene ampiamente utilizzato per il fingerprinting geochimico, il tracciamento delle fonti, la previsione delle contaminazioni e gli studi su migrazioni e mobilità.
Fingerprinting geochimico della polvere (Sharifi et al, 2018, EPSL).
Geologia
La differenziazione di Sm e Nd durante la fusione e l’evoluzione del magma, insieme allo sviluppo di 143Nd, produce un’impronta 143Nd/144Nd distintiva nelle rocce, che varia in funzione dell’età e della litologia.
Il decadimento radioattivo del 176Lu in 176Hf, con un tempo di dimezzamento di 35,9 miliardi di anni, si è dimostrato uno strumento molto efficace per tracciare la storia del Sistema solare e l’evoluzione di mantello e crosta terrestre. La composizione isotopica di Nd e Hf viene di solito espressa con la notazione epsilon (εNd e εHf), che indica la deviazione, in parti per 10.000, dei rapporti 143Nd/144Nd e 176Hf/177Hf misurati dai valori CHUR (chondritic uniform reservoir), rispettivamente pari a 0,512638 e 0,282785.
Ulteriori informazioni sulla sistematica Sr-Nd-Hf-Pb.
Origine della polvere e circolazione atmosferica
Gli isotopi di stronzio-neodimio-afnio (Sr-Nd-Hf) sono presenti in molti contesti geologici e vengono perciò utilizzati per tracciare l’origine dei sedimenti e della polvere. L’analisi della composizione isotopica della polvere permette di identificare il contesto geologico da cui la polvere ha avuto origine con più probabilità.
Ulteriori informazioni sull’analisi dei campioni di polvere minerale
Riferimenti:
Sharifi, A., Murphy, L.N., Pourmand, A., Clement, A.C., Canuel, E.A., Beni, A.N., Lahijani, H.A., Delanghe, D. and Ahmady-Birgani, H., (2018). Early-Holocene greening of the Afro-Asian dust belt changed sources of mineral dust in West Asia. Earth and Planetary Science Letters, 481, pp.30-40. DOI: 10.1016/j.epsl.2017.10.001