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

La dissoluzione dei minerali contenenti tende ad arricchire il fluido in isotopi leggeri (Brantley et al., 2001; Brantley et al., 2004). L'entità di questo effetto, documentato per cristalli di orneblenda, dipende dall’affinità del ferro con i leganti presenti nel liquido. I fattori che entrano in gioco, tuttavia, sono molteplici e risulta perciò molto difficile distinguere i vari meccanismi, che sono responsabili del frazionamento isotopico osservato. Skulan et al. (2002) hanno studiato il frazionamento cinetico durante la dissoluzione dell’ematite in ambiente acido. Sulla base dei risultati è stato dimostrato che lo scioglimento parziale di ematite in HCl concentrato non produce alcun significativo frazionamento isotopico in un’incertezza dello 0,10‰.

L’adsorbimento di Fe(II) sulla goethite può portare a un frazionamento isotopico Δ_{Fe(II)ad-Fe(II)aq} dell’1,5‰ (Icopini et al., 2004). In un esperimento di riduzione microbica dissimilativa degli ossidi di ferro Crosby et al. (2005) hanno misurato la composizione isotopica del Fe(II) adsorbito sulla superficie dell’ossido e del Fe(II) disciolto nel fluido. I frazionamenti ottenuti Δ_{Fe(II)ad-Fe(II)aq} per questi due sistemi sono 0,19 ± 0,05 e 0,43 ± 0,09‰ rispettivamente per la superficie dell’ematite e della goethite.

Durante un esperimento di sito Teutsch et al. (2005) hanno iniettato acqua ossigenata attraverso un pozzo di prova in un acquifero contenente Fe(II)aq. Successivamente hanno estratto l’acqua da questo pozzo e misurato la composizione isotopica e la concentrazione del Fe(II)_aq, scoprendo che la composizione isotopica del Fe(II) dell’acqua estratta era arricchita nell’isotopo leggero rispetto all’acqua di falda. Hanno quindi interpretato questo risultato nel modo seguente:
- Quando l’acqua ossigenata ê stata immessa, questa spinge via l’acqua di falda dalla zona di iniezione. La frazione di Fe(II) adsorbita sui granuli del terreno viene ossidata a Fe(III) e forma una superficie reattiva.
- Durante l’estrazione l’acqua di falda contenente Fe(II) si muove in questa zona reattiva e parte del Fe(II) viene adsorbita dagli ossidi e idrossidi. Gli autori sostengono che tale adsorbimento sia associato a un frazionamento isotopico all’equilibrio, che arricchisce il Fe(II)_aq in isotopi leggeri rispetto a quello adsorbito.
- Una volta raggiunto l’equilibrio che è stazionario, non si avrà un ulteriore frazionamento isotopico del Fe(II)_aq estratto in relazione al Fe(II)_aq presente nell’acqua di falda.

Da questo esperimento di sito è stato stimato un frazionamento Δ_{Fe(II)ad-Fe(II)aq} di 0,3‰, vicino a quello determinato da Crosby et al. (2005). Come discusso da Teutsch et al. (2005), la parziale ossidazione del Fe(II)_aq da parte dell’acqua ossigenata e la precipitazione di Fe(III) “pesante” possono spiegare i risultati ottenuti.