Panorama da geoquímica do chumbo (Pb)
Hoje, são conhecidos um total de 43 isótopos de chumbo (Pb), inclusive espécies sintéticas bastante instáveis, mas cinco são comumente usados na pesquisa geoquímica (Figura 1). O chumbo possui quatro isótopos relativamente estáveis: 204Pb, 206Pb, 207Pb e 208Pb; sendo que os últimos três representam o final de cadeias de decaimento. O 206Pb está no final da cadeia de decaimento do urânio, o 207Pb no final da cadeia do actínio, e o 208Pb está no final da cadeia do tório. O 210Pb é um isótopo de ocorrência natural de vida curta, com uma conveniente meia-vida de 22,6 anos, que é amplamente usada na datação da era glacial, sedimentos recentes e depósitos de turfa.
As cinco espécies de isótopos de chumbo comumente empregadas em estudos geoquímicos.
As razões isotópicas do chumbo dentro da cadeia de decaimento do urânio são uma função da quantidade de urânio e tório presentes. Os processos geológicos afetam a quantidade presente de U e Th, portanto, os isótopos de chumbo servem como uma ferramenta útil para entender a natureza e o tempo desses processos. Como a composição isotópica do chumbo em material geológico é uma função de três cadeias de decaimento independentes, há um grande potencial de variabilidade isotópica de minerais.
Mais informações em Tipos e seleção de amostras para a análise de chumbo.
Geoquímica da terra sólida / petrologia
A razões isotópicas de chumbo podem ser usadas para a datação de idade e rastreamento petrogenético de rochas ígneas, metamórficas e hidrotermais. Como há divergência no comportamento químico entre urânio, tório e seus elementos-filho, muitos processos geológicos podem provocar um fracionamento extensivo dos variados isótopos. Isso resulta em padrões distintos que permitem determinar o histórico da rocha. Por exemplo, pode-se utilizar a composição isotópica de chumbo de rochas vulcânicas e plutônicas para identificar a fonte de diversos tipos de magma oriundos de diferentes ambientes tectônicos.
Análises isotópicas de Pb de sedimentos do Oceano Pacífico e lavas do arco ativo das Marianas, de Woodhead e Fraser, 1985.
Mapeamento geoquímico: poeira e arqueologia
Os padrões distintos dos isótopos de chumbo presentes em diferentes litologias de rochas (e solos sobrepostos) permitem correlacionar isótopos de chumbo a regiões específicas da superfície da terra. Como diferentes rochas apresentam distintas razões de pai/filho, essa propriedade é amplamente utilizada no estudo da proveniência de materiais meteorizados e erodidos, especificamente, poeira. Por exemplo, as fontes de poeira têm assinaturas isotópicas de chumbo distintas, então a poeira transportada por longas distâncias pode ser rastreada à sua região de origem.
A composição de isótopos de chumbo de poeira coletada em Barbados é comparada a várias fontes em potencial na África, modificado de Bozlaker et al., 2018.
Esse mapeamento isotópico também pode ser usado em estudos arqueológicos. Desde o início do estudo de metais antigos, um objetivo importante é estabelecer a origem geológica do metal usado para produzir certos artefatos e, assim, abordar de forma direta questões de comércio, relações de troca e o movimento dos objetos. Os isótopos de chumbo não mudam de forma desde sua origem geológica (ou forma mineral) até tornarem-se um artefato, então o artefato retém a informação do local de mineração do chumbo.
Detecção de fonte de contaminantes
O chumbo é um metal tóxico e não-essencial, cujo ciclo biogeoquímico foi impactado de forma significante pela atividade humana. O chumbo entra no ambiente durante a sua produção (inclusive mineração e fundição), uso (baterias, pigmentos, cerâmica, plásticos), reciclagem, descarte de compostos de Pb, queima de combustíveis fósseis (carvão, antigo uso da gasolina com chumbo), uso de fertilizantes minerais e aplicações de lodo de esgotos, entre outros. Como resultado, é possível analisar diversos isótopos de chumbo para medir o impacto humano ao longo do tempo com a investigação das faixas isotópicas únicas correlacionadas a tipos específicos de atividades humanas. Em anos recentes, tem crescido o interesse no uso dos isótopos de chumbo para rastrear a fonte e a origem (geogênica e antropogênica) da contaminação, e para avaliar a persistência desses elementos no meio ambiente. Por exemplo, os isótopos de chumbo em gasolina podem ser empregados para analisar a fonte continental da gasolina, assim como as mudanças na composição da gasolina ao longo do tempo.
A assinatura isotópica da gasolina produzida em diferentes continentes (à esquerda, de Larsen et al., 2012) e as mudanças na assinatura isotópica de Pb em gasolina estadunidense ao longo do tempo (à direita, de Dunlap et al., 2008)
Estudos forenses
Em muitos casos de homicídios é comum a falta de evidência física para identificar o autor. A análise isotópica de chumbo em pequenos fragmentos do projétil é capaz de identificar positivamente o culpado, considerando que todos os projéteis de um mesmo lote tenham a mesma composição isotópica. Por exemplo, diferentes marcas de projéteis normalmente têm distintas assinaturas isotópicas de chumbo. Dessa forma, pode-se empregar isótopos de chumbo para associar um projétil encontrado em uma cena de crime aos projéteis pertencentes a suspeitos em potencial. Isso funciona quando não se consegue obter o projétil completo para análises de balística.
Saiba mais sobre Análises isotópicas em geografia forense.
Assinaturas isotópicas de projéteis de diferentes fabricantes ao redor do mundo (de Sjåstad et al., 2016).
Referências
Bozlaker, A., Prospero, J.M., Price, J. and Chellam, S., (2018). Linking Barbados mineral dust aerosols to North African sources using elemental composition and radiogenic Sr, Nd, and Pb isotope signatures. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123(2), pp.1384-1400. DOI: 10.1002/2017JD027505
Dunlap, C.E., Alpers, C.N., Bouse, R., Taylor, H.E., Unruh, D.M. and Flegal, A.R., (2008). The persistence of lead from past gasoline emissions and mining drainage in a large riparian system: Evidence from lead isotopes in the Sacramento River, California. Geochimica et Cosmochimica Acta, 72(24), pp.5935-5948. DOI: 10.1016/j.gca.2008.10.006
Larsen, M.M., Blusztajn, J.S., Andersen, O. and Dahllöf, I., (2012). Lead isotopes in marine surface sediments reveal historical use of leaded fuel. Journal of Environmental Monitoring, 14(11), pp.2893-2901. DOI: 10.1039/c2em30579h
Sjåstad, K.E., Lucy, D. and Andersen, T., (2016). Lead isotope ratios for bullets, forensic evaluation in a Bayesian paradigm. Talanta, 146, pp.62-70. DOI: 10.1016/j.talanta.2015.07.070
Woodhead, J.D. and Fraser, D.G., (1985). Pb, Sr and 10Be isotopic studies of volcanic rocks from the Northern Mariana Islands. Implications for magma genesis and crustal recycling in the Western Pacific. Geochimica et Cosmochimica Acta, 49(9), pp.1925-1930. DOI: 10.1016/0016-7037(85)90087-0