isÓtopos estables y mineralogia · 2018-11-18 · 2018: 3rd stable isotope course in ecology and...

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES QUIENES SOMOS MAiMA es un grupo de investigación de la Universidad de Barcelona que aplica la última tecnología en análisis de isótopos estables, mineralogía y geoquímica, para ofrecer soluciones a medida a problemas de contaminación ambiental, autentificación de productos agroalimentarios y estudios de durabilidad mineral en obra civil. 20 Años de experiencia reconocida en mineralogía y geoquímica isotópica Más de 25 proyectos nacionales 6 proyectos europeos y más de 200 artículos científicos Innovación y calidad Tenemos un fuerte compromiso con la innovación participando en más de 50 proyectos de I+D+i ISÓTOPOS ESTABLES Y MINERALOGIA

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

QUIENES SOMOS

MAiMA es un grupo de investigación de la Universidad deBarcelona que aplica la última tecnología en análisis deisótopos estables, mineralogía y geoquímica, para ofrecersoluciones a medida a problemas de contaminación ambiental,autentificación de productos agroalimentarios y estudios dedurabilidad mineral en obra civil.

20 Años de experiencia reconocida

en mineralogía y geoquímica isotópica

Más de 25 proyectos nacionales

6 proyectos europeosy más de 200

artículos científicos

Innovación y calidadTenemos un fuerte

compromiso con la innovación participando en más de 50

proyectos de I+D+i

ISÓTOPOS ESTABLES Y MINERALOGIA

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

Grup de'Mineralogia Aplicada'i'Medi Ambent (MAiMA)Departament de'Mineralogia,'Petrologia i'Geologia AplicadaFacultat de'Ciències de'la'Terra,'Universitat'de'Barcelonahttp://www.ub.edu/[email protected]

Base'teórica'de'Geoquímica'Isotópica

Albert'Soler'GilDirector'del'grupo'de'Mineralogia

Aplicada'y'Medioambiente

Para documentarse más, visitar en curso “on line” en nuestra web del grupo de Mineralogia Aplicada i Geoquímica de Fluidos”

http://www.ub.edu/minegeo/

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

ISÓTOPOS DEL AGUA

La composición isotópica puede variar debido a distintos procesos:

1.- Mezcla entre compuestos con diferente composición isotópica.

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

MEZCLAS

La composición isotópica puede variar debido a distintos procesos:

1.- Mezcla entre compuestos con diferente composición isotópica.

!18OM%=%!18OA·XA +%!18OB·XB

!18OM

!18OA !18OB

!18O%%%‰

!2H%%‰

0

-30

-60

-90

-120

-140

-160

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0

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FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

La composición isotópica puede variar debido a:

Reparto de los diferentes isótopos en distintos compuestos a lo largo de procesos químicos ! Fraccionamiento isotópico (!, ∆, ℇ)

Ej.$Reacción$de$desnitrificación:$

4NO3& +$5CH2O$+$4H+ " 2N2 +$5HCO3: +$7H2O

16O

14N

16O

16O

15N

16O

16O16O

16O

14N16O

16O

15N

16O

16O 16O

16O

14N

18O

16O

16O

14N16O

16O

16O

14N

18O

16O

15N

16O

16O 16O

15N

16O

16O16O

16O

14N18O

16O

16O

14N

16O

16O15N

16O

16O16O

16O

14N

18O

16O

14N14N

14N14N

14 N14 N

14N14N

15N

16O

16O16O

15N 14N

15 N

14 N

14N 14N

14 N14 N

14N 14N

14N 14N

15N 14N

15N14N

14 N14 N

14N 14N14 N

14 N

14N 14N

15N14N15N

14N

14N 14N

14N 14N

14N14N

14 N14 N

15N14N

15 N14 N

#15N$=$0$per$mil$$! +$4$‰ #15N$=$/ 4$‰

14N14 N

14N 14N

14N 14N

14N14N

15N

16O

16O

16O

15N

16O

16O16O

15N

16O

16O 16O15N 16O

16O16O

15N

16O

16O16O

15N

16O

16O

16O

15N

16O

16O16O

15N

16O

16O

16O

15N

16O

16O16O

15N

16O

16O16O 14 N

14 N

14N 14N

14N 14N

14 N14 N

14N 14N

14 N14 N

14N 14N

14N 14N

REACCIÓN

15N

16O

16O16O

15N

16O

16O

16O

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FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10Tiempo (d)

Conc

entra

ción

NO

3(m

g/L)

'30

'28

'26

'24

!15 N+(‰

)

Enriq

uecim

ient

o en

isót

opo

pesa

do

!18 O+(‰

)+

'36

'34

'32

'30

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87Sr 86Sr-Δ masa ! 1 %

Fraccionamiento negligible

"SO4$H2S=((34S/32S)SO4

(34S/32S)H2S

Cj34SSO4 ≠ ! FRACCIONAMIENTO0ISOTÓPICOCi34SSO4

Δ34SSO4-H2S ⋍ δ34SSO4-δ34SH2S

#34SSO4-H2S = 1000ln"

4$ masa0! 60%

Fraccionamiento0isotópico

18O34S

16O

16O

18O1H 32S 1H

" = 1Δ =(0# = 0

Isótopos de elementos pesados

Isótopos de elementos ligerosFRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

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Grup de'Mineralogia Aplicada'i'Medi Ambent (MAiMA)Departament de'Mineralogia,'Petrologia i'Geologia AplicadaFacultat de'Ciències de'la'Terra,'Universitat'de'Barcelonahttp://www.ub.edu/[email protected]

Isótopos'de'la'molécula'del''agua

Albert'Soler'GilDirector'del'grupo'de'Mineralogia'

Aplicada'y'Medioambiente

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ISÓTOPOS DEL AGUA: FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

La composición isotópica puede variar debido a:

2.- Reparto de los diferentes isótopos a lo largo de procesos físicos!

Fraccionamiento isotópico.

"!2H#!18O

!!2H#!18O

"!2H#!18O

!!2H#!18O

El fraccionamiento afecta de manera covariante a los dos isótopos de la molécula del agua: H y O

"18OH2Oliq – H2Ov =(18O/16O)H2Oliq

(18O/16O)H2Ov

"DH2Oliq – H2Ov =(D/H)H2Oliq

(D/H)H2Ov

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ISÓTOPOS DEL AGUA

Considerando la complejidad del ciclo hidrológico es sorprendente que la composición del agua de lluvia sea previsible ! fraccionamiento covariante.

Factores controlan la composición isotópica de la lluvia.

Craig (1961).

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ISÓTOPOS DEL AGUA

La composición isotópica del agua refleja su origen y procesos sufridos

!2H=$8,13·!18 O+D

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ISÓTOPOS DEL AGUA

La relación entre D y 18O puede verse modificada por diferentes procesos, demanera que los puntos representativos de la composición isotópica de algunasaguas están fuera de la recta meteórica. Según la posición de los nuevos puntos enrelación con la recta meteorológica local puede conocerse cual ha sido el procesomodificador:

Procesos que modifican la composición isotópica del agua

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Grup%de%Mineralogia%Aplicada%i%Medi%Ambent%(MAiMA)Departament%de%Mineralogia,%Petrologia%i%Geologia%AplicadaFacultat%de%Ciències%de%la%Terra,%Universitat%de%Barcelonahttp://www.ub.edu/minegeo

Isótopos%de%los%solutos%del%%agua

Albert'Soler'GilDirector'del'grupo'de'Mineralogia'

Aplicada'y'Medioambiente

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS

Los$isótopos$de$los$solutos$inorgánicos$y$orgánicos$son$una$potente$herramienta$en$la$determinación$de:

origen$de$los$solutos$(nutrientes,$carbono$y$contaminantes).determinación$del$origen$natural$o$antrópico.determinación$del$origen$de$la$polución.

las$reacciones$biogeoquímicas$y$los$procesos$sufridos:sulfato$reducción$bacteriana.desnitrificación$o$nitrificación.degradación$de$compuestos$orgánicos.etc.

Aplicación

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS

Se#trata de#moléculas bi1tri1isotópicas.

16O32S

16O

16O

16O

!18O(SMOW) !34S-(CDT)

Dos#trazadores en#la#misma molécula

!15N(Aire)

16O

14N

18O

16O

MTBE ETBE

!13C-(PDB)!2H(SMOW)

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Composición*isotópica*S*natural

METEORITOS

PIRITA*BIOGENICA

SO4 MARINO

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

PaleozoicoDevónico*a*Pérmico

Cenozoico

Terciario

Mar*actual

‰ !34S CDT Según,*Krouse,*1980

Sulfuros(empobrecidos(en(34S(y(sulfatos(enriquecidos(en(34S

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: AZUFRE

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Variaciones*en*la*!34S*y*la*!18O*del*sulfato*en*diferentes*materiales*naturales*y*compuestos*antrópicos.

Se#trata#de#una#molécula#bi1isotópica.

;20 ;10 0 +10 +20 +30 +40!34S$(CDT)

!18 O$$$(SMOW)

+25

+20

+15

+10

+5

0

;5Evaporites#terrestres

Suelos

Fertilizantes

Sulfato#evaporitas#marinas#

Sulfato#océano#terciario#

Detergentes#domésticos

Sulfato#océano#hoy#en#día

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: SULFATO

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Variaciones en la !15N de los compuestos de nitrógeno en diferentes materiales naturales y compuestosantrópicos. Según Vitoria et al., 2004a.

δ18 O%(‰

)% VSMOW

+10?10 0 +20 +30

Matèria%Orgànica%Suelos

Nitrato%Chile

Purines,%estiercol,%fosas%sépticas

Nitrato%de%los%Fertilitzantes

N2 y%O2%Atmosférico

+10

0

+20

+30

+40

+50

δ15N%(‰) AIR

Fertilitzante%Nitrato%Chile%

Fertilitzantesamoniacales

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: NITRATOS

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: PROCESOS

Como$afectan los$procesos de$precipitación,$disolución,$oxidación yreducción?

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: PRECIPITACIÓN

Como$afectan los$procesos de$precipitación?Solo$en$reacciones$incompletasEs$función de$la$temperatura.

Equacion: calcita<=>CO2;$T$=$0;100 oC D:$1.90;$E:$0.000;$F:$;3.600

http://www2.ggl.ulaval.ca/cgi-bin/alphadelta/isotope4alpha.cgi

∆13Ccc9co2 =$δ13Ccc$9 δ13Cco2$=$+8,2$‰

Si$la$δ13Ccc$=$2‰$! δ13Cco2=$96,2$‰

Deines,$P.,$Langmuir D.$and$Harmon,$R.S.$(1974)..$Geochim.$Cosmochim.$Acta$38,$pp.$114791164.

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: DISOLUCIÓN

Como$afectan los$procesos de$dissolución?

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: DISOLUCIÓN

Procesos:(Dissolución

3434SS18O

18O16O

16O

ANHIDRITA(CaSO4

32S16O

16O

16O

18O34S

18O 18O

18O 16O

DISOLUCIÓ

Ca

++=

δ34S(yeso! δ34SSO4=

Ca Ca

No(selectivo! FRACCIONAMIENTO(! 1δ trazador de(origen

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: DISOLUCIÓN

En el proceso de disolución de un mineral ocompuesto, de forma similar a una huelladactilar, los isótopos de la molécula delsoluto permiten conocer el origen y por lotanto permiten identificar la fuente delmismo.

16O32S

16O

16O

16O

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: DISOLUCIÓN

32S16O4(=(+( 1H218O(! 32S18O4(=((+(1H216O

<(200(ºC CINÉTICA(((((((((((((((((NO(((EQUILIBRIO

δ18O(yeso " δ18OSO4=δ18OSO4=(A δ18Oagua((# Δ

18OyesoAagua

(Lloyd,1967)

δ18O%%trazador origen

16O32S

16O

16O

18O1H 16O 1H

Procesos:%Equilibrio%oxigeno%del%soluto%y%H2O

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS DISOLUCIÓN

14N16O3' +) 1H218O)! 14N18O3' +)1H216O

<)100)ºC CINÉTICA)))))))))))))))))NO)))EQUILIBRIO

δ18O)fertilizante " δ18ONO3'

δ18ONO3' ' δ18Oagua))# Δ18Ofertilizante'agua

(Lloyd,1967)

δ18O trazador origen

1H 16O 1H

16O

14N

18O

16O

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: DISOLUCIÓN

12C16O3H ( +* 1H218O*! 12C18O3H( +*1H216O

δ18OCO3H( ( δ18Oagua**= Δ18OCO3H((agua

δ18OCO3 NO trazador origen

Procesos:7Equilibrio entre7oxigen7del7soluto y H2O

12C

16O

16O16O

1H 16O 1H

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: OXIDACIÓN Y DISOLUCIÓN

δ18O

[ SO4]

δ18Oagua , δ18OSO4=..= Δ18Oagua,sulfato

La.reacción tiene lugar con.la.incorporación de.oxigeno.(Lloyd,.1968)

H2O. O2S= ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,SO3 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, SO4=

O2

S=.+.H2O.+.O2 ! SO3 SO3.+.1/2.O2 ! SO4=

Procesos:..Oxidación.sulfuros.34S

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS: OXIDACIÓN Y DISOLUCIÓN

Van$Stempvoort$&$Krouse,$1994

Mura

Palà

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

! 18" (# 2")

18SO

4 Area A

Pendiente =1

Oceano

Area B

O2 atmosférico

Campo$B:SO4 formados por,Oxidaciónde,sulfuros

Camp$A:SO4 primarios o,por,Oxidaciónde,SO3 en,la,atmósfera

Procesos:$$Oxidación$sulfuros$34SO

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS

Los solutos que corresponden a grupos aniónicos, y suoxígeno no se equilibra a baja temperatura la composiciónisotópica del oxígeno del soluto y el de los agua,permitiendo discriminar entre los formados por oxidación ,de los procedentes de la disolución directa.

16O32S

16O

16O

16O

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ISÓTOPOS DE SOLUTOS

El#ciclo del#N desde un#punto#de#vista#isotópico.

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FERTIRRIGACIÓN

PERCOLACIÓN

NO3/

NO3/

Cl/

FERTILITZACIÓN

PURINESAPLICACIÓN

NPK

CONTAMINACIÓN

VOLATILITZACIÓN

NITRIFICACIÓN

DESNITRIFICACIÓN

Estos3procesos3comportan3FRACTIONAMIENTO3ISOTÓPICO

Zona8No8Saturada

Zona8Saturada

DISOLUCIÓN

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

NO3K DISOLUCIÓN

K

+-

δ15N1fertilizante ! δ15NNO3-

K K

No1selectiva1!FRACCIONAMIENTO1! 1δ15N11trazador1origen

16O

14N

18O

16O

16O

15N

18O

16O

16O

14N

18O

16O

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! DISOLUCIÓN

δ18O1fertilizante ! δ18ONO3-

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

FERTIRRIGACIÓN

PERCOLACIÓN

NO3/

NO3/

Cl/

FERTILITZACIÓN

PURINESAPLICACIÓN

NPK

CONTAMINACIÓN

VOLATILITZACIÓN

NITRIFICACIÓN

DESNITRIFICACIÓN

Estos3procesos3comportan3FRACTIONAMIENTO3ISOTÓPICO

Zona8No8Saturada

Zona8Saturada

DISOLUCIÓN

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! VOLATILIZACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

15N

1H2H1H

14N

1H2H1H

14N

1H1H 1H

15N

1H2H1H

15N

1H2H1H

15N

1H2H1H

14N

1H2H1H

14N

1H2H1H

14N

1H2H1H

14N

1H1H 1H

14N

1H1H 1H

14N

1H1H 1H

14N

1H1H 1H

!15 N

[ NH4+]14N

1H2H1H

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! VOLATILIZACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCESSegons Vitoria et al., 2004

δ18 O%(‰

)% VSM

OW

+10410 0 +20 +30

Nitrato%Chile

Nitrato%Fertilitzantes

N2 y%O2%Atmosfèric

+10

0

+20

+30

+40

+50

δ15N%(‰) AIR

Fertilitzante%Nitrat%Chile%

AmonioFertilitzanteAmoniacal

AmonioPurines, estiércolFosas sépticas

NH4+9! NO3

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! VOLATILIZACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

FERTIRRIGACIÓN

PERCOLACIÓN

NO3/

NO3/

Cl/

FERTILITZACIÓN

PURINESAPLICACIÓN

NPK

CONTAMINACIÓN

VOLATILITZACIÓN

NITRIFICACIÓN

DESNITRIFICACIÓN

Estos3procesos3comportan3FRACTIONAMIENTO3ISOTÓPICO

Zona8No8Saturada

Zona8Saturada

DISOLUCIÓN

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! NITRIFICACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

• Nitrificación:+(zona+aerobia+! oxidación+del+amonio)2NH4+ ++3O2 " 2NO2< ++H2O+++4H+

2NO2< ++O2 " 2NO3<

14NH4+ + 15NO3++ # 15NH4+ + 14NO3 ! aumenta+el+$15N+residual

En#ciclo#cerrado#δ15NO3#final#=#δ15NH4+ inicial

δ15 NNitrificación

% 15NNH4++<NO3+NO3

a#15NNO3+< NH4++NH4

+

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! NITRIFICACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

• Nitrificación:+(zona+aerobia+! oxidación+del+amonio)

2NH4

+++3O

2" 2NO

2

<++H

2O+++4H

+

2NO2

<++O

2" 2NO

3

<

! aumenta+la+#15N+del+amonio+residual+y+los+nitratos+son+más+ligeros

•NH4

+ ! NO3

< ! donde+generalmente+se++cumple+que:

δ18ONO3

=+2/3+δ18OH2O

++1/3+δ18OO2

+23,5+‰δ18OH2O

Diferente+composición+si+se+trata+de+NO3original+de+fertilizantes+

sintéticos,+de+si+se+trata+de+nitrato+formado+por+nitrificación.

Fertilizante+NO3+en+equilibrio+Oxigeno+aguaAmoniacal+desequilibrio+oxigeno+agua

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! NITRIFICACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

NO3 derivado+de+la+nitrificación+de+NH4

NH4Fertil.

NO3 de+fertilitzantes

Nitrificación NH4residu+orgánico

Nitrificación+NH4 de+fertilitzantes

5 10 15 20 25 30 35 40

! 15N$% NO3 (0/00)

0

5

10

15

20

25

0

!18O$%NO3(0 /00)

NH4+Purinesestiércol,+Residuales,

etc

NH4++" NO3D

Procesos:$Nitrificación$

NSòl.

Nitrogen+del+suelo

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! NITRIFICACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

NO3 de&fertilizantes

Nitrificación&NH4Purines,&estiércol,&residuales&urbanas

FertilizantesNH4

5 10 15 20 25 30 35 40

! 15N$% NO3 (0/00)

0

5

10

15

20

25

0

!18O$%NO3(0 /00)

NO&SE&PUEDE&DISCRIMINAR&ENTRE&RESIDUOS&GANADEROS&Y&AGUAS&RESIDUALES

Nitrógeno&del&suelo

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N ! NITRIFICACIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

En el proceso de disolución de un nitrato,de forma similar a una huella dactilar, losisótopos de la molécula del nitrato permitendiferenciar entre diferentes orígenes y portanto permiten identificar la fuente delnitrato.

16O

14N

18O

16O

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

La composición isotópica del nitrato nopermite discriminar entre fuentes decontaminación ganaderas y redes desaneamiento o pozos negros !!!!!!!

16O

14N16O

16O

15N18O 18O

16O

NO#OBSTANTE#!!!!!

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: CICLO DEL N

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

La#composición#isotópica#del#boro#(11B)#junto#con#la#del#nitrato#permite#discriminar#entre#fuentes#de#contaminación#ganaderas#y#redes#de#saneamiento#o#pozos#negros#!!!!!!!

!10

!5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

!2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

!15N!NO3,(‰)

!11 B,(‰

)

Marine'origin

Mineral'fertilizers

!11Bseawater'='+39.5‰

Wastewater

Animal'manure

Pig'manure

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: BORO

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

LOS PROCESOS REDOX DESDE UN PUNTODE VISTA DE GEOQUÍMICA ISOTÒPICA

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: REACCIONES REDOX

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

Distintos'fraccionamiento'según:AbiológicaBiológica

organismosCondiciones'ambientalesCatalizadores

δ34 S

[ SO4]δ18 O

[ SO4]

16O32S

16O

16O

16O1H 32S 1H

1H 32S 1H

18O34S

18O

16O

16O

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: SULFATOREDUCCIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

57911131517192123

10 15 20 25 30

! 34S$(VCDT)

!18O$(VSMOW) Sulfato/reducción

Evolución9isotópica9del9sulfato9disuelto9en9el9agua9durante9un9proceso9de9sulfato9reducción.99La9reacción9preferente9del932S9da9lugar9a9un9progresivo9enriquecimiento9del9sulfato9residual9en934S.

ATENCIÓN

$SE$PUED

E$

CONFUND

IR$CON$UN

$

PROCESO

$DE$MEZCL

A.

Necesario

$proyecció

n$!34S$

versus$ln [

SO4]$o$1/[

SO4]

Este%proceso%esta%controlado%por%3%factores:La#composición#isotópica#inicial#del#sulfato.El#fraccionamiento#isotópico.La#destilación#Rayleigh (cinético).

Important

e$medir$e

l$Eh$en$

el$muestre

o$!con$c

elda$

de$flujo$pa

ra$evitar$

reequilibr

io$con$la$

atmosfera

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: SULFATOREDUCCIÓN

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO

!18 O

[ !15N]

Fraccionamiento isotópico.

Ej. Reacción de desnitrificación:

4NO3- + 5CH2O + 4H+ " 2N2 + 5HCO3- + 7H2O

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

Diferencia)entre)sulfatoreducción)y)mezcla

δ34 S

[SO4] ln[SO4]

mezclaδ34 S

δ34 S

1/[SO4]

mezcla

ε =252‰

ε =2102‰ε =252‰

ε =2102‰

ε =252‰

ε =2102‰mezcla

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: REACCIONES VERSUS MEZCLAS

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

[SO4=]='500mg/L [SO4=]=500mg/L

Φ ='1m/sΦ ='1m/s

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: MEZCLAS

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

[SO4=]='500mg/L

δ18OSO4=='4‰δ34SSO4=='8‰

δ18OSO4=='9‰δ34SSO4=='20‰[SO4=]=500mg/L

Φ ='1m/sΦ ='1m/s

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: MEZCLAS

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

Si#mezclamos#aguas#con#diferentes#concentraciones#de#solutos

1.5 Mezcla#entre#aguas#con#diferente#concentración#de#sulfato

!18OM#=#!18OA·XA +#!18OB·XB

!18OM

!18OA !18OB

!18O###‰

!34 S##‰

0

510

520

530

540

550

560

0 510 520 530 540 550 560

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: MEZCLAS

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

concentración mezcla! XM/=/XAf +XB(17f)

δ34SSO4

[ SO4]

A

B

0,1%

90%1%

(δ34SA/· CA ·/ϕA)//+/(δ34SB ·/CB ·/ϕB)δ34S M=/77777777777777777777777777777777777777777777777777777

(CA +/CB)/·/(ϕA +/ϕB)

Agua/A/=/1/mg/L/y δ34SA=/+10‰

Agua/B/=/100/mg/L/y δ34SA=/+1‰

10·1+1·100δ34S M=/7777777777777777777 =/+1,1

101

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: MEZCLAS ! BALANCE DE MASAS

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

δ18 O

SO4

[ SO4]

A

B

0,1%

90%1%

(δ18OA0· CA ·0ϕA)00+0(δ18OB ·0CB ·0ϕB)δ18O M=088888888888888888888888888888888888888888888888888888

(CA +0CB)0·0(ϕA +0ϕB)

Agua0A0=010mg/L0y δ18OA=0+19‰

Agua0B0=01000mg/L0y δ18OA=0+9‰

+19·1+09·100δ18O M=08888888888888888888 =0+9,1

101

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: MEZCLAS ! BALANCE DE MASAS

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δ34Santropogénico δ34Snaturalδ18 O

SO4

δ34SSO4

A

B

10%

90%

50%

δ18 O

SO4

δ34SSO4B

A

90%

50%

10%

En#este#caso#el#modelo#nos#habla#de#%#de#sulfato,#NO#de#agua

ISÓTOPOS DE SOLUTOS: MEZCLAS ! BALANCE DE MASAS

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2018: 3rd STABLE ISOTOPE COURSE IN ECOLOGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCES

Grup%de%Mineralogia%Aplicada%i%Medi%Ambent%(MAiMA)Departament%de%Mineralogia,%Petrologia%i%Geologia%AplicadaFacultat%de%Ciències%de%la%Terra,%Universitat%de%Barcelonahttp://www.ub.edu/minegeo

Aplicaciones%medioambientales

Albert'Soler'GilDirector'del'grupo'de'Mineralogia'

Aplicada'y'Medioambiente

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