El término isótopo estable tiene un significado similar al de nucleido estable , pero se utiliza preferentemente cuando se habla de nucleidos de un elemento concreto. Por lo tanto, la forma plural isótopos estables generalmente se refiere a isótopos del mismo elemento. La abundancia relativa de estos isótopos estables se puede medir experimentalmente ( análisis de isótopos ), lo que produce una proporción de isótopos que puede utilizarse como herramienta de investigación. En teoría, estos isótopos estables podrían incluir los productos radiogénicos hijos de la desintegración radiactiva, utilizados en la datación radiométrica . Sin embargo, la expresión relación de isótopos estables se utiliza preferentemente para referirse a isótopos cuyas abundancias relativas se ven afectadas por el fraccionamiento de isótopos en la naturaleza. Este campo se denomina geoquímica de isótopos estables .
La medición de las proporciones de isótopos estables naturales ( análisis de isótopos ) desempeña un papel importante en la geoquímica de isótopos , pero los isótopos estables (principalmente hidrógeno , carbono , nitrógeno , oxígeno y azufre ) también están encontrando usos en estudios ecológicos y biológicos. Otros investigadores han utilizado proporciones de isótopos de oxígeno para reconstruir temperaturas atmosféricas históricas, lo que las convierte en herramientas importantes para la paleoclimatología .
Estos sistemas isotópicos para elementos más ligeros que presentan más de un isótopo primordial para cada elemento han sido objeto de investigación durante muchos años con el fin de estudiar procesos de fraccionamiento isotópico en sistemas naturales. La larga historia de estudio de estos elementos se debe en parte a que las proporciones de isótopos estables en estos elementos ligeros y volátiles son relativamente fáciles de medir. Sin embargo, los avances recientes en la espectrometría de masas de relaciones isotópicas (es decir, espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente con colectores múltiples) ahora permiten medir las relaciones isotópicas en elementos estables más pesados, como hierro , cobre , zinc , molibdeno , etc.
Las variaciones en las proporciones de isótopos de oxígeno e hidrógeno tienen aplicaciones en hidrología , ya que la mayoría de las muestras se encuentran entre dos extremos, el agua del océano y la nieve del Ártico/Antártico. [1] Dada una muestra de agua de un acuífero y una herramienta suficientemente sensible para medir la variación en la proporción isotópica de hidrógeno en la muestra, es posible inferir la fuente, ya sea agua del océano o precipitación que se filtra en el acuífero. e incluso estimar las proporciones de cada fuente. [2] Los isotopólogos estables del agua también se utilizan para dividir las fuentes de agua para la transpiración de las plantas y la recarga de las aguas subterráneas . [3] [4]
Otra aplicación es la medición de paleotemperatura para paleoclimatología . Por ejemplo, una técnica se basa en la variación del fraccionamiento isotópico del oxígeno por parte de los sistemas biológicos con la temperatura. [5] Las especies de foraminíferos incorporan oxígeno en forma de carbonato de calcio en sus caparazones. La proporción de los isótopos de oxígeno oxígeno-16 y oxígeno-18 incorporados en el carbonato de calcio varía con la temperatura y la composición isotópica de oxígeno del agua. Este oxígeno permanece "fijado" en el carbonato cálcico cuando el foraminífero muere, cae al fondo del mar y su caparazón pasa a formar parte del sedimento. Es posible seleccionar especies estándar de foraminíferos a partir de secciones a través de la columna de sedimento y, al mapear la variación en la proporción isotópica de oxígeno, deducir la temperatura que los forminíferos encontraron durante su vida si se pueden limitar los cambios en la composición isotópica de oxígeno del agua. [6] Las relaciones de paleotemperatura también han permitido que las proporciones de isótopos del carbonato de calcio en las conchas de percebes se utilicen para inferir el movimiento y las áreas de alimentación de las tortugas marinas y las ballenas en las que crecen algunos percebes. [7]
En ecología , las proporciones de isótopos de carbono y nitrógeno se utilizan ampliamente para determinar las dietas generales de muchos animales en libertad. Se han utilizado para determinar las dietas generales de las aves marinas y para identificar las áreas geográficas donde los individuos pasan la temporada reproductiva y no reproductiva en aves marinas [8] y paseriformes. [9] Numerosos estudios ecológicos también han utilizado análisis de isótopos para comprender la migración, la estructura de la red alimentaria, la dieta y el uso de recursos, [10] como los isótopos de hidrógeno para medir cuánta energía de los árboles junto a los arroyos sustenta el crecimiento de los peces en hábitats acuáticos. [11] Determinar las dietas de los animales acuáticos utilizando isótopos estables ha sido particularmente común, ya que las observaciones directas son difíciles. [12] También permiten a los investigadores medir cómo las interacciones humanas con la vida silvestre, como la pesca, pueden alterar las dietas naturales. [13]
En ciencia forense, las investigaciones sugieren que la variación en ciertas proporciones de isótopos en drogas derivadas de fuentes vegetales ( cannabis , cocaína ) puede usarse para determinar el continente de origen de la droga. [14]
En la ciencia de los alimentos, el análisis de la proporción de isótopos estables se ha utilizado para determinar la composición de la cerveza, [15] la salsa shoyu [16] y la comida para perros. [17]
El análisis de la proporción de isótopos estables también tiene aplicaciones en el control del dopaje , para distinguir entre fuentes endógenas y exógenas ( sintéticas ) de hormonas . [18] [19]
La medición precisa de proporciones de isótopos estables depende de procedimientos adecuados de análisis, preparación de muestras y almacenamiento. [20]
Los meteoritos de condrita se clasifican según las proporciones de isótopos de oxígeno. Además, una firma inusual del carbono-13 confirma el origen no terrestre de los compuestos orgánicos encontrados en las condritas carbonosas , como en el meteorito Murchison .
Los usos de proporciones de isótopos estables descritos anteriormente pertenecen a mediciones de proporciones que ocurren naturalmente. La investigación científica también se basa en la medición de proporciones de isótopos estables que han sido perturbados artificialmente por la introducción de material isotópicamente enriquecido en la sustancia, proceso o sistema en estudio. La dilución de isótopos implica agregar un isótopo estable enriquecido a una sustancia para cuantificar la cantidad de esa sustancia midiendo las proporciones de isótopos resultantes. El etiquetado isotópico utiliza isótopos enriquecidos para etiquetar una sustancia con el fin de rastrear su progreso a través de, por ejemplo, una reacción química, una vía metabólica o un sistema biológico. Algunas aplicaciones del marcaje de isótopos se basan en la medición de proporciones de isótopos estables para lograrlo.
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