Isótopos del oxígeno en nitratos

El d 18O del nitrato es una herramienta nueva para determinar las fuentes y las reacciones de los nitratos. Durante los años 80 se desarrollaron varias técnicas para determinar el d 18O en nitratos, aunque estos métodos han sido poco utilizados, principalmente porque implican el uso de materiales peligrosos.

Isótopos estables del oxígeno

16O

17O

18O

Las composiciones isotópicas del oxígeno se dan en términos de los cocientes 18O/16O.

Cada vez resulta más extendido el uso de d18O del oxígeno del nitrato (Amberger y Schmidt, 1987; Revesz et al., 1997) para la identificación de las fuentes y estudios de las transformaciones del nitrato. Los d18O presentan una amplia gama de valores, extendiéndose desde –10 a +80‰. Algunas fuentes de nitrato tienen valores de d18O y d15N distintivos; en particular, el nitrato derivado del N atmosférico o el nitrato procedente de fertilizantes se distingue fácilmente del amonio nitrificado y de la urea. Estudios con este par de isótopos d 18O y d 15N son útiles para las determinaciones de las contribuciones relativas de las fuentes atmosférica y derivadas del suelo de nitratos en aguas subterráneas poco profundas. Este problema es insuperable simplemente con el 15N debido a las composiciones trasladas del suelo y del nitrato derivado del N atmosférico.

Hay un rango de 80‰ en los valores de d 18O que se corresponde con un rango de 30‰ en los valores de d 15N. La mayoría de los valores que toma el d 18O se derivan de la precipitación, aunque hay una diferencia en los valores de d 18O-nitrato en los ríos y en los suelos.

A pesar de que se piensa que el oxígeno en los nitratos puede proceder del O2 atmosférico (cerca de +23‰) y del H2O ambiental (rango normal: -30 a +5‰), el rango más grande de los valores de d 18O-nitrato indica que los isótopos del oxígeno en nitrato han sufrido el fraccionamiento de su composición original por procesos atmosféricos.

Recopilación de datos de d 18O y de d 15N de diferentes autores (en Kendall y MacDonnell, 1998).

Los datos de los valores de d 18O del nitrato en la deposición atmosférica son limitados. Se sabe relativamente poco sobre la posible variabilidad espacial o temporal, o sus causas. Los primeros datos publicados sobre el d 18O del nitrato en la precipitación eran de los bosques de Baviera (Alemania) donde mostraron unos valores d 18O entre +55 y +75 ‰.

Las diversas teorías que existen para explicar el rango tan grande que existe en los valores de d 18O se basan en el fraccionamiento asociado a la formación de descargas eléctricas (truenos); a la combustión incompleta del nitrato en la quema de combustibles fósiles en las centrales eléctricas y de la quema de hidrocarburos en automóviles; y a las reacciones fotoquímicas que tienen lugar en la atmósfera. Dado el amplio rango de los valores de d 15N, el nitrato y amonio producido por las diferentes reacciones y grados del equilibrio en la atmósfera, y los altos valores de d 18O para el ozono y otros óxidos del nitrógeno y del carbono en la atmósfera, es probable que el nitrato atmosférico "natural" tenga una amplia gama de los valores de d 18O. Además, se ha dicho que los valores del d 15N de los NOx procedentes de la quema de carbón son cerca de un 10‰ más pesados que los valores para los NOx procedentes de la combustión de hidrocarburos en los automóviles. Es posible que las fuentes antropogénicas de nitrato atmosférico puedan tener también valores característicos de d 18O (Kendall y MacDonnell, 1998). Si se atribuyen los diferentes valores de d 15N a los fraccionamientos cinéticos asociados a la reacción reversible N2 + O2 <=> NOx + N. Estas reacciones causarían unos fraccionamientos cinéticos similares en los isótopos del O.

Los valores de d 18O del nitrato en las precipitaciones están en el rango de +25 a +75‰. Si estos valores tan fuertes son típicos del nitrato derivado del N atmosférico en otros lugares, o al menos en lugares donde haya importantes fuentes de nitrógeno atmosférico de origen antrópico,  las contribuciones procedentes de la precipitación se podrían distinguir fácilmente a partir del nitrato del suelo.

La desnitrificación parece producir un enriquecimiento en el d 18O del nitrato residual, al igual que un enriquecimiento en el d 15N. No obstante, el cociente del enriquecimiento del 15N y el del 18O en nitrato residual durante la desnitrificación parece estar cerca de 2:1 (Amberger y Schmidt, 1987; Bottcher et al., 1990)

Los fertilizantes sintéticos se caracterizan por tener valores de d 18O muy enriquecidos (+18 a +22‰), ya que la fuente de oxígeno para estos productos químicos es el oxígeno atmosférico (d 18O = +23,5‰) (Amberger y Schmidt, 1987). Para el nitrato originado a partir de la nitrificación del nitrógeno orgánico del suelo, el amonio de los fertilizantes y los residuos animales y humanos, se obtienen valores más reducidos de d 18O con relación a los fertilizantes sintéticos. Las dos terceras partes del oxígeno en este tipo de nitratos proceden del agua con un 18O mucho más reducido que el oxígeno atmosférico. La tercera parte restante procede del oxígeno presente en la Zonas Saturada y en la Zona No Saturada (Anderson y Hooper, 1983; Hoilocher, 1984). 

 

 
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