Érosion, par lequel la roche devient terre, a des implications pour le climat de la Terre, gestion des minerais métalliques, détection de la pollution et production alimentaire. En utilisant une nouvelle méthode isotopique, le projet IsoNose a suivi avec succès le voyage des éléments chimiques de la roche aux plantes.

L'exploitation des ressources naturelles à la surface de la Terre se déroule à un rythme et à une échelle sans précédent. Si cette exploitation du sol, l'eau, et les métaux précieux doit être durable, il doit devenir plus efficace. Pour y parvenir, il faut mieux comprendre les processus biogéochimiques transformateurs impliqués lorsque les éléments chimiques se déplacent de la roche au sol, en plantes, par les eaux souterraines, dans l'eau des rivières et dans les gisements de minerai.

Le projet IsoNose financé par l'UE a été créé pour utiliser les avancées technologiques récentes, notamment dans le domaine de la spectrométrie de masse, explorer la formation de ces ressources naturelles et ainsi ouvrir le champ à de meilleures pratiques. Le projet a apporté un éclairage supplémentaire, non seulement sur la façon dont la surface de la Terre transfère les éléments chimiques dissous, mais aussi sur la façon dont les métaux déplacent leur empreinte isotopique, car ils sont absorbés par les organismes.

Mesure des isotopes par spectrométrie de masse

La roche est convertie en terre, (érosion), lorsque l'eau s'écoule à travers les fractures rocheuses et que les réactions chimiques qui en découlent convertissent les minéraux primaires en minéraux secondaires, avec du carbone organique s'accumulant près de la surface de la Terre et une couche de sol laissée en dessous. Ce processus se déroule généralement sur des milliers d'années

La dissolution de la roche se traduit par chacun des éléments chimiques qui avaient été piégés, comme le magnésium, le fer ou le zinc (en prenant des exemples métalliques) pour suivre des voies différentes. Certains voyagent dans les sols nouvellement formés, d'autres sont consommés par les plantes, avec certains dissous dans les rivières. Pour en savoir plus sur la composition et la transformation des éléments métalliques en particulier, l'équipe IsoNose a collecté la roche hôte, sols et sédiments altérés, ainsi que des échantillons d'eau, pour l'analyse en laboratoire.

L'analyse dépendait de la mesure des isotopes de ces éléments (leur poids ou masse atomique variable) dans les échantillons. Les chercheurs ont utilisé ce qu'on appelle le «fractionnement isotopique» - la préférence de certains isotopes (avec des poids atomiques plus lourds ou plus légers) pour se déplacer dans un matériau donné qui s'est formé à la surface de la Terre par altération, par exemple. Cela fait alors allusion aux causes probables de ces transformations (telles que le changement climatique).

L'équipe a d'abord pesé les échantillons pour déterminer la quantité de chaque élément qu'ils contenaient, avec un processus appelé chromatographie puis utilisé pour séparer les éléments les uns des autres. Un spectromètre de masse a ensuite été utilisé pour mesurer les isotopes en injectant les particules isotopiques ionisées dans un tube avec un champ électrique, séparer les isotopes les plus légers des plus lourds, donnant à chaque échantillon une valeur de rapport isotopique.

En tant que coordinateur du projet, le professeur Friedhelm von Blanckenburg, élabore, "La combinaison de cette méthode existante de" spectrométrie de masse à couplage inductif multicollecteur "avec une technique appelée ablation laser femtoseconde s'est avérée extrêmement puissante. La combinaison a mesuré très précisément et simultanément de minuscules changements dans l'abondance relative des isotopes d'éléments métalliques et des quantités chimiques sur les solides avec une résolution de quelques millièmes de millimètre."

Vers des pratiques améliorées et une portée élargie

D'un point de vue environnemental, Les recherches d'IsoNose peuvent être utilisées pour expliquer comment la surface de la Terre a régulé le climat et les gaz à effet de serre, sur des millions d'années. Les techniques peuvent également être déployées pour identifier les sources de contaminants environnementaux, ainsi que pour déterminer l'efficacité des efforts de remédiation.

La mesure des isotopes métalliques permet également de mieux comprendre comment ces éléments se sont retrouvés dans la roche en premier lieu, offrant à l'industrie minière des informations pour une extraction plus durable. Comme le dit le professeur von Blanckenburg, « Nous avons fourni un cadre scientifique, avec des données empiriques, pour une meilleure utilisation des ressources de la surface de la Terre d'une manière qui ne nuira pas à l'utilisation par les générations futures."

Un autre domaine probable de recherche future est de transférer ces techniques aux pratiques de gestion des sols, pour une production alimentaire qui puisse mieux répondre aux besoins d'une population mondiale, maintenant bien au-delà de sept milliards de personnes et en croissance rapide. La mesure des isotopes métalliques pourrait aider à suivre avec précision les voies des nutriments minéraux des sols aux plantes et ainsi conduire à des engrais plus ciblés, ainsi que l'établissement de biomarqueurs pour les maladies.

Final, Le professeur von Blanckenburg dit :"Nos chercheurs utiliseront IsoNose comme plate-forme à partir de laquelle diriger ce domaine émergent vers de nouveaux domaines, notamment les géosciences, la criminalistique environnementale, sciences biomédicales et prospection des ressources minérales.