Geochimica isotopica

Chemostratigrafia isotopica di campioni di tefra distali rinvenuti in un carotaggio effettuato nel bacino lacustre di San Gregorio Magno (prov. di Salerno).

La Geochimica Isotopica 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 Geochimica degli 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 Geochimica degli 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 Geochimica Isotopica 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) 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.