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Gli isotopi del Fe per la valutazione ambientale: applicazione allo studio del suolo e delle acque della Pineta di San Vitale (Ravenna)

Informazioni tesi

  Autore: Daniele Antonelli
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2010-11
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Scienze geologiche
  Relatore: Francesca Castorina
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 122

La determinazione delle variazioni delle abbondanze degli isotopi stabili non tradizionali ha aumentato la conoscenza sui processi di interazione tra sfere geochimiche, in particolare tra geosfera, biosfera e idrosfera. In questo rispetto è d’interesse per il presente studio il ferro, che è un elemento maggiore nella geosfera, ove partecipa attivamente a molte reazioni chimiche sia inorganiche che mediate biologicamente.
La distribuzione dei quattro isotopi stabili del ferro (54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe) in natura è influenzata dai frazionamenti isotopici che avvengono durante il ciclo biogeochimico dell’elemento. La sua sistematica isotopica è un argomento relativamente nuovo in letteratura e il laboratorio dell’Università di Roma “La Sapienza” è il primo in Italia a portare avanti questi studi; quello presente risulta pertanto il primo lavoro sul territorio nazionale relativo all’applicazione ambientale degli isotopi del ferro. Oltre ad essere innovativo sul territorio italiano lo studio rappresenta una novità anche a livello mondiale, poiché in letteratura sono stati pubblicati solo due lavori, uno per i suoli e uno per le acque. Ciò è dovuto a due motivi principali: la scarsa presenza di ferro in soluzione e l’intensa interazione dell’elemento con la sostanza organica nei suoli, fattori che complicano in genere sia la scelta del metodo di studio, sia l’interpretazione dei risultati. Inoltre, proprio i metodi analitici necessari per analizzare le piccole variazioni delle proporzioni isotopiche del ferro nei campioni naturali sono stati sviluppati solo alcuni anni fa. Per questo motivo, i dati disponibili sui frazionamenti isotopici in natura sono ancora molto limitati, nonostante l'intensa attività di ricerca attuale. Infatti, i meccanismi di frazionamento che governano il comportamento degli isotopi del ferro nelle reazioni biogeochimiche sono noti solo in parte. La maggioranza dei lavori presenti in letteratura riguarda approcci sperimentali su situazioni note; i risultati ottenuti forniscono comunque le basi per la verifica della funzionalità del metodo nell’applicazione ambientale.
La “firma” isotopica del ferro di un campione di suolo o di acqua offre preziosi informazioni sui processi e trasformazioni che subisce il ferro in natura. L'obiettivo di questa tesi è pertanto quello di utilizzare gli isotopi del ferro come strumento geochimico allo scopo di stabilire i legami tra i frazionamenti isotopici osservati e i processi naturali in atto nel sito in esame. Questa inoltre si propone di segnare l’inizio per la creazione di una banca dati per l’utilizzo della sistematica del ferro come tracciante dei processi ambientali.
La scelta della Pineta di San Vitale a Ravenna come zona di studio è dovuta ai complessi e numerosi fattori, antropici e idrogeologici, a cui è soggetta l’area. Sono infatti presenti diverse potenziali fonti d’inquinamento da ferro: industriale, veicolare e agricolo. Da tempo inoltre la comunità scientifica è concentrata sul problema della morte della Pineta per determinarne le cause e stabilire eventuali interventi di risanamento. Per l’approccio ambientale sono state scelte alcune acque superficiali di canali e “bassure”, quelle di alcuni piezometri situati nella parte meridionale della Pineta e un profilo di suolo a completamento di una campionatura la più rappresentativa possibile. La scelta dell’isotopia del ferro si spiega col fatto che, pur non essendo considerato elemento inquinante dalla normativa vigente, è comunque un indicatore della salute ambientale e di molti processi chimici. Oltre ad essere un nutriente essenziale per un grande numero di organismi infatti, esercita un controllo importante sul comportamento di altri elementi presenti nell'ambiente. Inoltre il ferro è un elemento molto dinamico nel suolo, ove le sue trasformazioni, determinate dalle condizioni geochimiche e pedologiche, rappresentano fattori fondamentali nei processi di formazione ed evoluzione del terreno.

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3.3 - FRAZIONAMENTI ISOTOPICI DEL FERRO 3.3.1 - Il frazionamento degli isotopi stabili Molecole dello stesso composto, ma che contengono differenti isotopi, si comportano da un punto di vista chimico e fisico in maniera simile. Queste differenze dipendono dalla differenza di massa dei vari isotopi, che ha influenza sull’energia cinetica delle molecole e sulle loro frequenze di vibrazione interna. Il frazionamento isotopico è quindi un processo dipendente dalla massa. Per tale ragione, a parità di altre condizioni, i frazionamenti isotopici degli atomi leggeri, come ad esempio l’idrogeno, sono più significativi di quelli del carbonio, dell’ossigeno o dello zolfo. Maggiore è il numero atomico di un elemento, minori sono le variazioni della massa e conseguentemente i frazionamenti saranno piccoli o trascurabili. I frazionamenti isotopici si verificano durante differenti tipi di processi raggruppabili in: processi chimici  reazioni di scambio isotopico all’equilibrio che comportano la ridistribuzione di isotopi di un elemento fra differenti molecole o fra due fasi differenti;  fenomeni legati alla velocità di reazione, nei quali questa dipende dalla composizione isotopica dei reagenti e dei prodotti;  processi redox. processi fisici  evaporazione e condensazione;  fusione e cristallizzazione;  diffusione di molecole dovuta a gradienti di temperatura, pressione o concentrazione. processi biochimici  respirazione e fotosintesi;  processi che coinvolgono attività batterica. 49

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Parole chiave

geochimica
inquinanti
ferro
ravenna
idrogeochimica
isotopi
frazionamento isotopico
pineta di san vitale
δ56fe

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