Determinazione della composizione isotopica dell’ossigeno su campioni acquosi a diversa salinità tramite spettroscopia ad assorbimento laser e tecnica IRMS

Abstract

Negli ultimi 50 anni si è sempre più consolidato, negli studi di tipo idrogeologico e non solo, l’uso degli isotopi stabili dell’acqua (ossigeno e idrogeno) come traccianti naturali per ottenere informazioni difficilmente conseguibili con altre metodologie di indagine. A differenza di molti traccianti chimici, quelli isotopici possono essere considerati, in alcuni casi, più efficaci per la determinazione delle caratteristiche idrogeologiche dell’acquifero. Infatti le interazioni a seguito di processi organici ed inorganici che l’acqua subisce durante i movimenti sotterranei e/o superficiali hanno spesso un effetto trascurabile sulla composizione isotopica dell’acqua stessa. Questa tematica interessa in maniera particolare le acque oceaniche, ma si riflette anche sulle acque che evaporano dall’oceano e precipitano sui continenti andando a costituire i vari corsi d’acqua continentali. Poiché esistono in natura due isotopi stabili dell’idrogeno, 1H, 2H, e tre isotopi dell’ossigeno, 16O, 17O, O è possibile l’esistenza di 9 molecole di acqua isotopicamente differenti. Dato però che le abbondanze relative degli isotopi sono diverse, in pratica i due rapporti isotopici facilmente determinabili nelle molecole di acqua sono 2H/1H e18O/16O, rispettivamente per l’idrogeno e per l’ossigeno. La presenza di due molecole differenti contenenti 16O e 18O ha enorme importanza nella marcatura naturale delle acque dato che, a causa della massa differente, le due molecole si comportano diversamente nei processi di evaporazione, condensazione e formazione di ghiaccio. Fisicamente le molecole più leggere tendono a evaporare più facilmente delle molecole più pesanti, a causa della differente pressione di vapore tra 1H218O e 1H216O. In un processo evaporativo si ha il frazionamento delle molecole pesanti che restano preferenzialmente allo stato liquido, a discapito delle molecole leggere che passano più facilmente allo stato di vapore. Per evaporazioni successive si ha un progressivo impoverimento della frazione leggera nella fase liquida. Per questo motivo le piogge continentali (piogge successive) e di conseguenza l’acqua dei fiumi e le acque sotterranee, hanno una composizione isotopica differente rispetto alla massa d’acqua di partenza. Il valore di composizione isotopica delle piogge varia successivamente a seconda delle regioni, in dipendenza dalla distanza dall’oceano, dai sistemi di circolazione atmosferica e dalla presenza di catene montuose. In tal modo l’acqua di bacini differenti si può diversificare anche notevolmente, tanto da poter essere nettamente distinta (ciò serve anche a delimitare i bacini di alimentazione delle acque sotterranee e la variabilità di questi nel tempo). Per composizione isotopica si intende la determinazione del rapporto isotopico. Per convenzione, il rapporto isotopico si indica sempre ponendo a numeratore l’isotopo raro e a denominatore l’isotopo più abbondante. I risultati vengono espressi rispetto ad uno standard internazionale di riferimento in termini di notazione δ ‰ secondo la formula seguente: δ ‰ = (Rcampione/Rstandard - 1) * 1000 dove: Rstandard è il rapporto 2H/1H o Water)