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GEOCHIMICA ISOTOPICA

 
Partecipanti:
 
Collaboratori
Dr. Ilenia Arienzo, PhD – INGV-OV
Dr. Valeria Di Renzo, PhD – ARPAC
Dr. Fabio Carmine Mazzeo, PhD – DiSTAR
Dr. Raffaella S. Iovine – GZG, Göttingen, Germania
Dr. Gianluca Cirillo – DiSTAR
Dr. Carlo Pelullo – DiSTAR  
 
 
La GeochimicaIsotopica è il ramo della scienza che utilizza la composizione isotopica degli elementi chimici naturali per eseguire datazioni assolute di campioni di materiali geologici oppure come tracciante di processi geologici.
La Geochimicadegli Isotopi Radiogenici utilizza elementi chimici generalmente ad alto numero atomico, quali lo stronzio, il neodimio e il piombo. La composizione isotopica di questi elementi chimici varia in seguito alla loro permanenza più o meno lunga in “serbatoi” della Terra, ossia porzioni diverse di mantello o di crosta. Durante tale permanenza, l’isotopo radiogenico di un elemento chimico aumenta per effetto del decadimento radioattivo di un altro elemento chimico genitore. Per esempio, lo 87Sr aumenta nel tempo a causa del decadimento radioattivo del 87Rb.
La Geochimicadegli Isotopi Stabili utilizza il frazionamento tra gli isotopi di un elemento chimico generalmente a basso numero atomico, quali l’idrogeno, il boro, l’ossigeno, l’azoto e lo zolfo. Il frazionamento isotopico consiste nell’arricchimento di un isotopo più leggero rispetto a uno più pesante, o viceversa, di un dato elemento chimico nel corso di processi naturali, quali: trasformazione di minerali durante un evento metamorfico; precipitazione di minerali di neoformazione nella diagenesi o nella pedogenesi; evaporazione e condensazione di acqua; produzione di materia organica tramite fotosintesi o chemosintesi; evoluzione magmatica a sistema aperto.
La GeochimicaIsotopica offre strumenti efficaci per indagare molti processi geologici, tra i quali: l’assimilazione di rocce crostali da parte di un magma che sta cristallizzando; il mescolamento tra magmi distinti; il mescolamento tra masse d’acqua di diversa provenienza; il mescolamento tra clasti di diversa natura nei bacini di sedimentazione. In vulcanologia, i valori di 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd, 206Pb/204Pb e d11B permettono di disegnare delle chemostratigrafie isotopiche che consentono, insieme alla variazione di altri parametri geochimici, di ricostruire l’evoluzione nel tempo del sistema di alimentazione magmatica di un vulcano, anche nel corso di una singola eruzione. In petrologia, i traccianti isotopici, in combinazione con i contenuti di elementi in traccia e i loro rapporti, permettono di fare modelli quantitativi per caratterizzare le regioni sorgenti del magmatismo, e ricostruire i processi di genesi ed evoluzione dei magmi nei diversi ambienti geodinamici della Terra. Combinando gli isotopi radiogenici e stabili (figura; Iovine et al., 2017) è possibile discriminare tra processi di arricchimento di una sorgente di mantello da parte di materiale sedimentario, da processi di contaminazione crostale. Inoltre, gli isotopi stabili permettono di eseguire stime della temperatura di equilibrio di processi magmatici, metamorfici e metallogenici.
Infine, gli isotopi di diversi metalli permettono di tracciare gli effetti delle attività antropiche sull’ambiente e sull’uomo, quali: la contaminazione di una falda acquifera o un suolo da parte di acque reflue industriali o agricole; la contaminazione di un suolo da parte di aerosol contenente piombo tetraetile derivato dalle benzine; la contaminazione di tessuti umani da parte di metalli tossici come Pb, Cr e Cd.
 
Pubblicazioni selezionate
 
Iovine R.S., Mazzeo F.C., Arienzo I., D’Antonio M., Wörner G., Civetta L., Pastore Z., Orsi G. (2017). Source and magmatic evolution inferred from geochemical and Sr-O-isotope data on hybrid lavas of Arso, the last eruption at Ischia island (Italy; 1302 AD). J. Volcanol. Geotherm. Res., 331, 1-15, http://dx.doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2016.08.008
 
Arienzo I., Mazzeo F.C., Moretti R., Cavallo A., D’Antonio M. (2016). Open-system magma evolution and fluid transfer at Campi Flegrei caldera (Southern Italy) during the past 5 ka as revealed by geochemical and isotopic data: The example of the Nisida eruption. Chem. Geol., 427, 109-124, http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2016.02.007
 
D’Antonio M., Mariconte R., Arienzo I., Mazzeo F.C., Carandente A., Perugini D., Petrelli M., Corselli C., Orsi G., Principato M.S., Civetta L. (2016). Combined Sr-Nd isotopic and geochemical fingerprinting as a tool for identifying tephra layers: Application to deep-sea cores from Eastern Mediterranean Sea. Chem. Geol., 443, 121-136, http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2016.09.022
 
Arienzo I., D’Antonio M., Di Renzo V., Minolfi G., Tonarini S., Orsi G., Carandente A., Belviso P., Civetta L. (2015). Isotopic microanalysis sheds light on the magmatic endmembers feeding volcanic eruptions: The Astroni 6 case study (Campi Flegrei, Italy). J. Volcanol. Geotherm. Res., 304, 24-37, http://dx.doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2015.08.003
 
Mazzeo F.C., D’Antonio M., Arienzo I., Aulinas M., Di Renzo V., Gimeno D. (2014). Subduction-related enrichment of the Phlegrean Volcanic District (Southern Italy) mantle source: new constraints on the characteristics of the sedimentary components. Chem. Geol., 386, 165-183, http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2014.08.014
 
Brown R., Civetta L., Arienzo I., D’Antonio M., Moretti R., Orsi G., Tomlinson E.L., Albert P.G., Menzies M. (2014). Assembly, evolution and disruption of a magmatic plumbing system before and after a cataclysmic caldera-collapse eruption at Ischia volcano (Italy). Contrib. Mineral. Petrol., 168, 1035, http://dx.doi.org/10.1007/s00410-014-1035-1
 
Giordano F., D’Antonio M., Civetta L., Orsi G., Tonarini S., Ayalew D., Yirgu G., Dell’Erba F., Di Vito M.A., Isaia R. (2014). Genesis and evolution of mafic and felsic magmas at Quaternary volcanoes within the Main Ethiopian Rift: Insights from Gedemsa and Fanta ‘Ale complexes. Lithos, 188, 130-144, http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2013.08.008
 
Arienzo I., Carandente A., Di Renzo V., Belviso P., Civetta L., D’Antonio M., Orsi G. (2013). Sr and Nd isotope analysis at the Radiogenic Isotope Laboratory of the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Napoli - Osservatorio Vesuviano. Rapporti Tecnici INGV, 260, pp. 1-18 (http://istituto.ingv.it/l-ingv/produzione-scientifica/rapporti-tecnici-ingv/rapporti-tecnici-2013-2)
 
D’Antonio M., Tonarini S., Arienzo I., Civetta L., Dallai L., Moretti R., Orsi G., Andria M., Trecalli A. (2013). Mantle and crustal processes in the magmatism of the Campania region: inferences from mineralogy, geochemistry, and Sr-Nd-O isotopes of young hybrid volcanics of the Ischia island (south Italy). Contrib. Mineral. Petrol., 165(6), 1173-1194, http://dx.doi.org/10.1007/s00410-013-0853-x
 
Gabellone T., Gasparrini M., Iannace A., Invernizzi C., Mazzoli S., D’Antonio M. (2013). Fluid channeling along thrust zones: the Lagonegro case history, southern Apennines, Italy.Geofluids, 13, 140-158, http://dx.doi.org/10.1111/gfl.12020
 
Di Renzo V., Arienzo I., Civetta L., D’Antonio M., Tonarini S., Di Vito M.A., Orsi G. (2011). The magmatic feeding system of the Campi Flegrei caldera: architecture and temporal evolution. Chem. Geol., 281, 227-241, http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2010.12.010
 
Di Vito M.A., Arienzo I., Braia G., Civetta L., D’Antonio M., Di Renzo V., Orsi G. (2011). The Averno 2 fissure eruption: a recent small-size explosive event at the Campi Flegrei caldera (Italy). Bull. Volcanol., 73, 295-320, http://dx.doi.org/10.1007/s00445-010-0417-0
 
Tonarini S., D’Antonio M., Di Vito M.A., Orsi G., Carandente A. (2009). Geochemical and B-Sr-Nd isotopic evidence for mingling and mixing processes in the magmatic system that fed the Astroni volcano (4.1-3.8 ka) within the Campi Flegrei caldera (southern Italy). Lithos, 107, 135-151, http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2008.09.012
 
Brotzu P., Melluso L., Bennio L., Gomes C.B., Lustrino M., Morbidelli L., Morra V., Ruberti E., Tassinari C., D’Antonio M. (2007). Petrogenesis of the Early Cenozoic potassic alkaline complex of Morro de São João, southeastern Brazil. J. S. Am. Earth Sci., 24, 93-115, http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.jsames.2007.02.006