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Análisis isotópico

El análisis isotópico es la identificación de la firma isotópica de una muestra, es decir, la caracterización de la distribución de ciertos isótopos estables de determinados elementos dentro de los compuestos químicos.

Espectrómetro de masas de sector magnético utilizado en análisis de proporciones de isótopos, mediante ionización térmica.

Las variaciones en las proporciones del fraccionamiento isotópico se miden utilizando la espectrometría de masas, procedimiento que separa los diferentes isótopos de un elemento en función de su proporción masa-carga.

Puede aplicarse a una red trófica, haciendo posible seguir las inferencias directas entre la dieta, el nivel trófico, y el de subsistencia.

En el caso particular del oxígeno, sus proporciones isotópicas son diferencialmente afectadas por patrones climatológicos globales y por la topografía regional, que determinan cómo los isótopos gaseosos son transportados en la atmósfera. Las áreas de humedad más baja causan la pérdida preferente del 18O del agua en forma de vapor y precipitación. Además, el agua con 16O regresa preferentemente al sistema atmosférico cuando se evapora, y en cambio el agua con 18O tiene una mayor tendencia a permanecer en forma líquida o a mantenerse en los fluidos del cuerpo de plantas y animales.

Índice

El oxígeno isotópico se incorpora a los organismos principalmente a través de la ingestión, interviniendo en la formación de huesos y dientes (lo que lo hace especialmente útil para propósitos arqueológicos). El oxígeno está incorporado a la hidroxiapatita de los huesos y del esmalte de los dientes.

El hueso es continuamente remodelado durante la vida de cada individuo. A pesar de que el índice de transformación del oxígeno isotópico en la hidroxiapatita no es conocido exactamente, se supone que es similar al del colágeno; de aproximadamente 10 años. Consiguientemente, las proporciones de oxígeno isotópicas en la hidroxiapatita del hueso de un individuo ubicado en una región determinada durante 10 años o más, reflejará las proporciones de isótopos de oxígeno presentes en aquella región.

Los dientes no son sometidos a renovación continua, por lo que sus proporciones de oxígeno isotópicas quedan fijadas en el instante de su formación, representando las proporciones de la región en la que el individuo nació y se crio. En el caso de las denticiones deciduas (temporales), también es posible determinar la edad en la que un niño abandonó la lactancia, porque la leche materna incorpora el agua del cuerpo de la madre con niveles más altos de 18O (debido a la pérdida preferente de 16O a través del sudor, la orina, y el vapor de agua expirado).

Mientras que los dientes son más resistentes a cambios químicos y físicos con el paso del tiempo que los huesos, ambos están sujetos a diagénesis por deposiciónes posteriores. En tal caso, el análisis isotópico hace uso de los grupos fosfato, mucho más resistentes que los menos abundantes grupos hidroxilo, o que los probablemente más sensibles a efectos diagenéticos grupos carbonato presentes.

El análisis isotópico tiene múltiples aplicaciones en las ciencias naturales, incluyendo la biología, y las ciencias medioambientales y de la Tierra.

Arqueología

Reconstrucción de la palaeodieta

Restos de tejidos recuperados en sitios arqueológicos pueden ser analizados isotópicamente. La distribución de los isótopos del carbono y del nitrógeno son usados para reconstruir la dieta, y los isótopos del oxígeno suelen determinar el origen geográfico y el paleoambiente. Los isótopos del estroncio y del plomo pueden utilizarse para analizar los movimientos de las poblaciones, hábitos migratorios y movilidad estacional.​ En arqueología es común combinar elementos en el análisis isotópico para reconstruir la dieta, el cambio en las fuentes de agua, las migraciones, y las interacciones culturales. Por ejemplo, los arqueólogos fueron capaces de confirmar que el crecimiento de la población dentro de la parte alta del Valle de Río Min en Tailandia durante la Edad del Hierro se debió a factores locales más que a la inmigración de otras áreas.

Los isótopos de carbono entran en la cadena alimentaria cuando los herbívoros consumen plantas, y los isótopos de oxígeno se introducen en la cadena alimentaria al consumir agua libre y el agua contenida en la dieta. Examinando la proporción de los isótopos 12C/13C, es posible determinar si los animales comieron predominantemente plantas de los tipos C3 o C4. Fuentes alimentarias potenciales del tipo C3 incluyen el arroz, los tubérculos, las frutas, los frutos secos y muchos vegetales, mientras que las fuentes alimentarias del tipo C4 incluyen el mijo y la caña de azúcar.​ Este proceso finaliza con la muerte del organismo, momento a partir del que los isótopos ya no se acumulan en el cuerpo, pero experimentan degradación. Para obtener resultados precisos, el investigador necesitaría conocer los niveles originales (o una valoración de los mismos) de los isótopos presentes en el organismo en el momento de la muerte del individuo.

Para obtener un cuadro cuidadoso de palaeodietas, es importante entender los procesos de diagenesis que pueden afectar a la firma isotópica original. Es también importante para el investigador conocer las variaciones de isótopos dentro de cada individuo, entre distintos individuos, y con el transcurso del tiempo.

Procedencia de materiales arqueológicos

El análisis de isótopo ha sido particularmente útil en arqueología como medio de caracterización. La caracterización de objetos implica determinar la composición isotópica de los materiales (como los instrumentos de metal, por ejemplo) y compararla con la composición isotópica de los metales de minas o yacimientos conocidos. Se ha podido determinar el origen de una amplia gama de materiales arqueológicos como metales, vidrio y pigmentos de plomo utilizando la caracterización isotópica.​ Particularmente en la Edad del Bronce Mediterránea, el análisis de isótopos de plomo ha sido una herramienta útil para determinar las fuentes de metales y un indicador importante de patrones de comercio. La interpretación de los datos de los isótopos del plomo aun así es a menudo controvertida y afronta retos instrumentales y metodológicos numerosos.​ Problemas como el mezclado y la re-utilización de metales de fuentes diferentes, datos fiables limitados y la contaminación de las muestras pueden constituir problemas difíciles de resolver para lograr una interpretación correcta.

Ecología

Todos los elementos biológicamente activos existen en un cierto número de formas isotópicas diferentes, de las que dos o más son estables. Por ejemplo la mayoría del carbono está presente como 12C, con aproximadamente un 1% de 13C. La proporción de los dos isótopos puede ser alterada por procesos biológicos y geofísicos , y estas diferencias pueden ser utilizadas de distintas maneras en los estudios ecológicos. Los elementos principales utilizados en ecología de isótopos son el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno y el azufre.

Análisis de la proporción entre el 18O y el 16O en las conchas de la almeja del Delta del Colorado permitió evalúar la extensión histórica del estuario del delta del río Colorado con anterioridad a la construcción de los diques situados río arriba.

Análisis de isótopos estables en ecosistemas acuáticos

Los isótopos estables se han convertido en un método popular para comprender los ecosistemas acuáticos porque pueden ayudar a los científicos a comprender las redes tróficas marinas. Este análisis también se suele usar, aunque en menor grado, en sistemas terrestres. Ciertos isótopos pueden determinar los distintos productores primarios que forman las bases de las redes tróficas y su posición en los niveles tróficos. Las composiciones de isótopo estables están expresadas en plazos de valores de delta (δ) por mil (‰), es decir, en diferencias de partes por de millar respecto a un estándar. Expresan la proporción de un isótopo en una muestra. Los valores están expresados como:

δX = [(Rmuestra / Restándard) – 1] x 103

donde X representa el isótopo analizado (p. ej., 13C) y R representa la proporción del isótopo analizado y su forma natural (p. ej., 13C/12C).​ Un valor más alto (menos negativo) de delta indica aumentos en el isótopo de la muestra analizada, respecto al estándar, y más bajo (o más negativo) los valores indican disminuciones. Los materiales de referencia estándares para el carbono, el nitrógeno, y el azufre son la caliza Pee Dee Belamnite , el gas nitrógeno en la atmósfera, y el meteorito del Cañón del Diablo respectivamente. El análisis es normalmente hecho utilizando un espectrómetro de masa, detectando diferencias pequeñas entre elementos gaseosos. El análisis de una muestra puede costar entre 30 y 100 dólares.​ Los isótopos estables permiten a los científicos analizar redes tróficas y dietas animales comparando los tejidos animales que soportan un enriquecimiento isotópico fijo (o un agotamiento) contra la dieta. Músculos o fracciones de proteína son el tejido animal más comúnmente utilizado para examinar los isótopos porque representan los nutrientes asimilados en la dieta. La ventaja principal de utilizar el análisis de un isótopo estable como contraste a las observaciones del contenido del estómago, es que en cualquier circunstancia el estado del estómago del animal (vacío o no), el isótopo permite trazar a través de los tejidos su posición en la cadena trófica y sus fuentes alimentarias.​ Los tres isótopos importantes utilizados en el análisis de la red trófica de ecosistema acuáticos son 13C, 15N y 34S. Aunque cualquiera de los tres facilita información sobre la dinámica trófica, es común efectuar el análisis de al menos dos de los tres isótopos mencionados para obtener un mejor entendimiento de las interacciones tróficas marinas y resultados más concluyentes.

13C

Los isótopos del carbono contribuyen a determinar la fuente de producción primaria responsable del flujo de energía en un ecosistema. La transferencia de 13C a través de los niveles tróficos es relativamente constante, excepto un aumento pequeño (un enriquecimiento < 1 ‰). Diferencias grandes de δ13C entre los animales indican que tienen fuentes alimentarias diferentes o que sus redes tróficas están basadas en productores primarios diferentes (por ejemplo, especies diferente de fitoplancton, o hierbas de pantano.) Debido a que el δ13C indica la fuente original de productores primarios, los isótopos también pueden ayudar a determinar cambios en las dietas, tanto a corto plazo, como a largo plazo o permanentes. Estos cambios pueden incluso correlacionarse con cambios estacionales, reflejando la abundancia de fitoplancton.​ Los científicos han encontrado que puede haber gamas amplias de valores de δ13C en poblaciones de fitoplancton sobre una región geográfica. No se conocen con seguridad las causas de este hecho, pero hay varias hipótesis para explicarlo. Estas incluyen isótopos de carbono disueltos dentro de balsas inorgánicas (DIC) que pueden variar con la temperatura y la ubicación; y que los índices de crecimiento del fitoplancton pueden afectar a su nivel de asimilación de los isótopos. δ13C ha sido utilizado para determinar la migración de animales juveniles desde las áreas costeras de cría a ubicaciones profundas examinando los cambios en sus dietas. Un estudio realizado por Freír (1983) analizó las composiciones isotópicas en gambas juveniles en el sur de Texas. Encontró que a principios del estudio las gambas presentaban valores isotópicos de δ13C = -11 a -14‰ y 6-8‰ para δ15N y δ34S. Cuando las gambas maduraron y emigraron lejos de la costa, los valores isotópicos cambiaron, pareciéndose al de los organismos de su nuevo hábitat (δ13C= -15‰ y δ15N = 11.5‰ y δ34S = 16‰).

34S

Dado que no hay ningún enriquecimiento de 34S entre niveles tróficos, el isótopo estable puede ser útil para distinguir entre organismos bentónicos y pelágicos; y entre organismos de marisma y fitoplancton.​ Al igual que el 13C, también puede ayudar a distinguir entre diferentes tipos de fitoplancton como los productores primarios clave en las redes tróficas. Las diferencias entre sulfatos y sulfuros en el agua de mar (~21‰ vs -10‰) facilita estas determinaciones. El azufre tiende a tener más presencia en las áreas menos aeróbicas, como los sistemas bentónicos y las plantas de pantano, que en sistemas pelágicos más aeróbicos. Así, en los sistemas bentónicos, hay valores de δ34S más pequeños.

15N

Los isótopos de nitrógeno indican el nivel trófico de varios organismos marinos (reflejando el instante en el que las muestras de tejido fueron tomadas). Hay un componente de enriquecimiento mayor de δ15N porque su retención es más alta que la del 14N. Esto puede ser observado analizando los residuos de los organismos.​ La orina del ganado ha mostrado que hay un descenso del 15N relativo a la dieta.​ Cuando unos organismos ingieren a otros, el isótopo 15N es transferido a los predadores. Así, los organismos situados más arriba en la pirámide trófica acumulan niveles más altos de 15N ( y más altos valores de δ15N) relacionados con sus presas antes de entrar en la red trófica. Los numerosos estudios en ecosistemas marinos han mostrado que en promedio hay un 3.2‰ de enriquecimiento de 15N contra la dieta entre especies de diferente nivel trófico en los ecosistemas. En el mar Báltico, Hansson (1997) encontró analizando una gran variedad de criaturas como partículas de materia orgánica (fitoplancton), zooplancton, camarones, anchoas, eperlanos y arenques; había un fraccionamiento aparente de un 2.4‰ entre consumidores y su presa aparente.

Además del posicionamiento de los organismos en la cadena trófica, los valores de δ15N han sido generalmente utilizados para distinguir entre las fuentes de nutrientes naturales y las derivadas de tierra. Al igual que el agua de los tanques sépticos puede infiltrarse en los acuíferos, el agua rica en nitrógeno se vierte en las áreas costeras. Los nitratos presentes en estas aguas tienen concentraciones más altas de 15N que el nitrato presente de forma natural en zonas costeras sin aportaciones continentales.​ Para las bacterias, es más conveniente asimilar el 14N que el 15N porque es un elemento más ligero y más fácil de metabolizar. Así, debido a la preferencia de las bacterias cuando actúan en procesos biogeoquímicos como la desnitrificación y la volatilización de amoníaco, el 14N es extraído del agua más rápidamente que el 15N, resultando en un aumento de la proporción de 15N presente en el acuífero. Los valores del 15N se sitúan aproximadamente en el 10-20‰, cuando sus valores naturales oscilan entre el 2-8‰.​ El nitrógeno inorgánico que es emitido de los tanques sépticos y de otros sistemas de saneamiento humanos normalmente se presenta en forma de NH4+. Una vez que el nitrógeno se introduce en los estuarios a través de vías de agua subterráneas, se cree que el aumento del 15N introducido, también implica un aumento del 15N en la cantidad de nitrógeno inorgánico entregada, lo que a su vez aumenta la asimilación de N por los organismos productores. Incluso así, el 14N es más fácil de metabolizar, porque hay mucho más 15N, y todavía habrá cantidades más altas asimiladas que las normales. Estos niveles de δ15N pueden ser examinados en criaturas que viven en un área determinada y no son migratorios (como macrofitas, almejas e incluso algún pez).​ Este método de identificar los niveles altos de entrada de nitrógeno se está convirtiendo en un método cada vez más extendido para intentar controlar la entrada de nutrientes a estuarios y ecosistemas costeros. Los directores medioambientales cada vez se preocupan más de medir las entradas antropogénicas de nutrientes a los estuarios porque su exceso puede provocar eutrofización y episodios hipóxicos, eliminando por completo los organismos de un área determinada.

Técnica forense

Un desarrollo reciente en la ciencia forense es el análisis isotópico de hebras de cabello. El cabello tiene un índice de crecimiento reconocible de 9-11mm por mes (unos 15 cm por año).​ El crecimiento del cabello es principalmente una función de la dieta, especialmente de la ingesta de agua. Las proporciones isotópicas del agua potable son estables, aunque dependen de la ubicación y de la geología del terreno a través del que el agua se infiltra. Las variaciones de 87Sr, 88Sr y de los isótopos del oxígeno son diferentes en todo el mundo. Estas diferencias en proporción isotópica son entonces biológicamente fijadas en el cabello cuando crece, por lo tanto permite devenir identificar historias geográficas recientes mediante el análisis de hebras de cabello. Por ejemplo, sería posible identificar si un sospechoso terrorista recientemente hubiese estado en una ubicación particular mediante el análisis de su cabello. Este análisis del cabello es un procedimiento no invasivo cuyo uso se está extendiendo en aquellos casos en los que el ADN u otros medios tradicionales no aportan respuestas suficientes.

El análisis de isótopos puede ser utilizado por los detectives forenses para determinar si dos o más muestras de explosivos son de un origen común. Los explosivos contienen carbono, hidrógeno, nitrógeno y átomos de oxígeno. Comparar sus abundancias relativas de isótopos puede revelar la existencia de un origen común. Los investigadores también han demostrado que los análisis de las proporciones de 12C/13C pueden identificar el país de origen de un explosivo dado.

El análisis de isótopos estables también ha sido utilizado en la identificación de rutas de narcotráfico. Las abundancias isotópicas son diferentes en la morfina obtenida de amapolas en el sudeste de Asia y en la obtenida de amapolas crecidas en el suroeste de Asia. De igual forma, es posible averiguar por ejemplo si una muestra de cocaína procede de Bolivia o de Colombia.

Geología

Hidrología

Paleoclimatología

La proporción de 18O y 16O en el hielo y en los núcleos de mar profundo es dependiente de la temperatura, y puede ser utilizada como medida aproximada para reconstruir los cambios en el clima. Durante periodos más fríos de la historia de la Tierra (glaciales) como durante las edades de hielo, el 16O es preferentemente evaporado de los océanos más fríos, dejando el ligeramente más pesado e inactivo 18O atrás. Por lo tanto, organismos como los foraminíferos que combinan el oxígeno disuelto en el agua circundante con carbono y calcio para construir sus conchas, incorporan la proporción entre 18O y 16O dependiente de la temperatura. Cuando estos organismos mueren, se depositan en el lecho marino, preservando un largo e inestimable registro del cambio de clima global a través de una gran parte del período Cuaternario. De modo parecido, núcleos de hielo sobre la tierra están enriquecidos con el más pesado 18O respecto al 16O durante fases climáticas más cálidas (interglaciales), cuando hay más energía disponible para la evaporación del más pesado isótopo 18O. El registro de isótopos del oxígeno preservados en los núcleos de hielo es por tanto un "espejo" del registro contenido en los sedimentos oceánicos.

Los isótopos de oxígeno preservan un registro de los efectos de los ciclos de Milankovitch relacionados con los cambios de clima durante el Cuaternario, revelando un ciclo de aproximadamente 100 000 años en el clima de la Tierra.

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Análisis isotópico
análisis, isotópico, técnica, analítica, idioma, vigilar, editar, análisis, isotópico, identificación, firma, isotópica, muestra, decir, caracterización, distribución, ciertos, isótopos, estables, determinados, elementos, dentro, compuestos, químicos, espectró. Analisis isotopico tecnica analitica Idioma Vigilar Editar El analisis isotopico es la identificacion de la firma isotopica de una muestra es decir la caracterizacion de la distribucion de ciertos isotopos estables de determinados elementos dentro de los compuestos quimicos Espectrometro de masas de sector magnetico utilizado en analisis de proporciones de isotopos mediante ionizacion termica Las variaciones en las proporciones del fraccionamiento isotopico se miden utilizando la espectrometria de masas procedimiento que separa los diferentes isotopos de un elemento en funcion de su proporcion masa carga Puede aplicarse a una red trofica haciendo posible seguir las inferencias directas entre la dieta el nivel trofico y el de subsistencia En el caso particular del oxigeno sus proporciones isotopicas son diferencialmente afectadas por patrones climatologicos globales y por la topografia regional que determinan como los isotopos gaseosos son transportados en la atmosfera Las areas de humedad mas baja causan la perdida preferente del 18O del agua en forma de vapor y precipitacion Ademas el agua con 16O regresa preferentemente al sistema atmosferico cuando se evapora y en cambio el agua con 18O tiene una mayor tendencia a permanecer en forma liquida o a mantenerse en los fluidos del cuerpo de plantas y animales Indice 1 Efecto en los tejidos organicos 2 Aplicaciones 2 1 Arqueologia 2 1 1 Reconstruccion de la palaeodieta 2 1 2 Procedencia de materiales arqueologicos 2 2 Ecologia 2 2 1 Analisis de isotopos estables en ecosistemas acuaticos 2 2 1 1 13C 2 2 1 2 34S 2 2 1 3 15N 2 3 Tecnica forense 2 4 Geologia 2 5 Hidrologia 2 6 Paleoclimatologia 3 Referencias 4 Enlaces externosEfecto en los tejidos organicos EditarEl oxigeno isotopico se incorpora a los organismos principalmente a traves de la ingestion interviniendo en la formacion de huesos y dientes lo que lo hace especialmente util para propositos arqueologicos El oxigeno esta incorporado a la hidroxiapatita de los huesos y del esmalte de los dientes El hueso es continuamente remodelado durante la vida de cada individuo A pesar de que el indice de transformacion del oxigeno isotopico en la hidroxiapatita no es conocido exactamente se supone que es similar al del colageno de aproximadamente 10 anos Consiguientemente las proporciones de oxigeno isotopicas en la hidroxiapatita del hueso de un individuo ubicado en una region determinada durante 10 anos o mas reflejara las proporciones de isotopos de oxigeno presentes en aquella region Los dientes no son sometidos a renovacion continua por lo que sus proporciones de oxigeno isotopicas quedan fijadas en el instante de su formacion representando las proporciones de la region en la que el individuo nacio y se crio En el caso de las denticiones deciduas temporales tambien es posible determinar la edad en la que un nino abandono la lactancia porque la leche materna incorpora el agua del cuerpo de la madre con niveles mas altos de 18O debido a la perdida preferente de 16O a traves del sudor la orina y el vapor de agua expirado Mientras que los dientes son mas resistentes a cambios quimicos y fisicos con el paso del tiempo que los huesos ambos estan sujetos a diagenesis por deposiciones posteriores En tal caso el analisis isotopico hace uso de los grupos fosfato mucho mas resistentes que los menos abundantes grupos hidroxilo o que los probablemente mas sensibles a efectos diageneticos grupos carbonato presentes Aplicaciones EditarEl analisis isotopico tiene multiples aplicaciones en las ciencias naturales incluyendo la biologia y las ciencias medioambientales y de la Tierra Arqueologia Editar Reconstruccion de la palaeodieta Editar Restos de tejidos recuperados en sitios arqueologicos pueden ser analizados isotopicamente La distribucion de los isotopos del carbono y del nitrogeno son usados para reconstruir la dieta y los isotopos del oxigeno suelen determinar el origen geografico y el paleoambiente Los isotopos del estroncio y del plomo pueden utilizarse para analizar los movimientos de las poblaciones habitos migratorios y movilidad estacional 1 En arqueologia es comun combinar elementos en el analisis isotopico para reconstruir la dieta el cambio en las fuentes de agua las migraciones y las interacciones culturales Por ejemplo los arqueologos fueron capaces de confirmar que el crecimiento de la poblacion dentro de la parte alta del Valle de Rio Min en Tailandia durante la Edad del Hierro se debio a factores locales mas que a la inmigracion de otras areas 2 Los isotopos de carbono entran en la cadena alimentaria cuando los herbivoros consumen plantas y los isotopos de oxigeno se introducen en la cadena alimentaria al consumir agua libre y el agua contenida en la dieta Examinando la proporcion de los isotopos 12C 13C es posible determinar si los animales comieron predominantemente plantas de los tipos C3 o C4 Fuentes alimentarias potenciales del tipo C3 incluyen el arroz los tuberculos las frutas los frutos secos y muchos vegetales mientras que las fuentes alimentarias del tipo C4 incluyen el mijo y la cana de azucar 2 Este proceso finaliza con la muerte del organismo momento a partir del que los isotopos ya no se acumulan en el cuerpo pero experimentan degradacion Para obtener resultados precisos el investigador necesitaria conocer los niveles originales o una valoracion de los mismos de los isotopos presentes en el organismo en el momento de la muerte del individuo Para obtener un cuadro cuidadoso de palaeodietas es importante entender los procesos de diagenesis que pueden afectar a la firma isotopica original Es tambien importante para el investigador conocer las variaciones de isotopos dentro de cada individuo entre distintos individuos y con el transcurso del tiempo Procedencia de materiales arqueologicos Editar El analisis de isotopo ha sido particularmente util en arqueologia como medio de caracterizacion La caracterizacion de objetos implica determinar la composicion isotopica de los materiales como los instrumentos de metal por ejemplo y compararla con la composicion isotopica de los metales de minas o yacimientos conocidos Se ha podido determinar el origen de una amplia gama de materiales arqueologicos como metales vidrio y pigmentos de plomo utilizando la caracterizacion isotopica 3 Particularmente en la Edad del Bronce Mediterranea el analisis de isotopos de plomo ha sido una herramienta util para determinar las fuentes de metales y un indicador importante de patrones de comercio La interpretacion de los datos de los isotopos del plomo aun asi es a menudo controvertida y afronta retos instrumentales y metodologicos numerosos 4 Problemas como el mezclado y la re utilizacion de metales de fuentes diferentes datos fiables limitados y la contaminacion de las muestras pueden constituir problemas dificiles de resolver para lograr una interpretacion correcta Ecologia Editar Todos los elementos biologicamente activos existen en un cierto numero de formas isotopicas diferentes de las que dos o mas son estables Por ejemplo la mayoria del carbono esta presente como 12C con aproximadamente un 1 de 13C La proporcion de los dos isotopos puede ser alterada por procesos biologicos y geofisicos y estas diferencias pueden ser utilizadas de distintas maneras en los estudios ecologicos Los elementos principales utilizados en ecologia de isotopos son el carbono el nitrogeno el oxigeno el hidrogeno y el azufre Analisis de la proporcion entre el 18O y el 16O en las conchas de la almeja del Delta del Colorado permitio evaluar la extension historica del estuario del delta del rio Colorado con anterioridad a la construccion de los diques situados rio arriba 5 Analisis de isotopos estables en ecosistemas acuaticos Editar Los isotopos estables se han convertido en un metodo popular para comprender los ecosistemas acuaticos porque pueden ayudar a los cientificos a comprender las redes troficas marinas Este analisis tambien se suele usar aunque en menor grado en sistemas terrestres Ciertos isotopos pueden determinar los distintos productores primarios que forman las bases de las redes troficas y su posicion en los niveles troficos Las composiciones de isotopo estables estan expresadas en plazos de valores de delta d por mil es decir en diferencias de partes por de millar respecto a un estandar Expresan la proporcion de un isotopo en una muestra Los valores estan expresados como dX Rmuestra Restandard 1 x 103 donde X representa el isotopo analizado p ej 13C y R representa la proporcion del isotopo analizado y su forma natural p ej 13C 12C 6 Un valor mas alto menos negativo de delta indica aumentos en el isotopo de la muestra analizada respecto al estandar y mas bajo o mas negativo los valores indican disminuciones Los materiales de referencia estandares para el carbono el nitrogeno y el azufre son la caliza Pee Dee Belamnite el gas nitrogeno en la atmosfera y el meteorito del Canon del Diablo respectivamente El analisis es normalmente hecho utilizando un espectrometro de masa detectando diferencias pequenas entre elementos gaseosos El analisis de una muestra puede costar entre 30 y 100 dolares 6 Los isotopos estables permiten a los cientificos analizar redes troficas y dietas animales comparando los tejidos animales que soportan un enriquecimiento isotopico fijo o un agotamiento contra la dieta Musculos o fracciones de proteina son el tejido animal mas comunmente utilizado para examinar los isotopos porque representan los nutrientes asimilados en la dieta La ventaja principal de utilizar el analisis de un isotopo estable como contraste a las observaciones del contenido del estomago es que en cualquier circunstancia el estado del estomago del animal vacio o no el isotopo permite trazar a traves de los tejidos su posicion en la cadena trofica y sus fuentes alimentarias 7 Los tres isotopos importantes utilizados en el analisis de la red trofica de ecosistema acuaticos son 13C 15N y 34S Aunque cualquiera de los tres facilita informacion sobre la dinamica trofica es comun efectuar el analisis de al menos dos de los tres isotopos mencionados para obtener un mejor entendimiento de las interacciones troficas marinas y resultados mas concluyentes 13C Editar Los isotopos del carbono contribuyen a determinar la fuente de produccion primaria responsable del flujo de energia en un ecosistema La transferencia de 13C a traves de los niveles troficos es relativamente constante excepto un aumento pequeno un enriquecimiento lt 1 Diferencias grandes de d13C entre los animales indican que tienen fuentes alimentarias diferentes o que sus redes troficas estan basadas en productores primarios diferentes por ejemplo especies diferente de fitoplancton o hierbas de pantano Debido a que el d13C indica la fuente original de productores primarios los isotopos tambien pueden ayudar a determinar cambios en las dietas tanto a corto plazo como a largo plazo o permanentes Estos cambios pueden incluso correlacionarse con cambios estacionales reflejando la abundancia de fitoplancton 7 Los cientificos han encontrado que puede haber gamas amplias de valores de d13C en poblaciones de fitoplancton sobre una region geografica No se conocen con seguridad las causas de este hecho pero hay varias hipotesis para explicarlo Estas incluyen isotopos de carbono disueltos dentro de balsas inorganicas DIC que pueden variar con la temperatura y la ubicacion y que los indices de crecimiento del fitoplancton pueden afectar a su nivel de asimilacion de los isotopos d13C ha sido utilizado para determinar la migracion de animales juveniles desde las areas costeras de cria a ubicaciones profundas examinando los cambios en sus dietas Un estudio realizado por Freir 1983 analizo las composiciones isotopicas en gambas juveniles en el sur de Texas Encontro que a principios del estudio las gambas presentaban valores isotopicos de d13C 11 a 14 y 6 8 para d15N y d34S Cuando las gambas maduraron y emigraron lejos de la costa los valores isotopicos cambiaron pareciendose al de los organismos de su nuevo habitat d13C 15 y d15N 11 5 y d34S 16 8 34S Editar Dado que no hay ningun enriquecimiento de 34S entre niveles troficos el isotopo estable puede ser util para distinguir entre organismos bentonicos y pelagicos y entre organismos de marisma y fitoplancton 7 Al igual que el 13C tambien puede ayudar a distinguir entre diferentes tipos de fitoplancton como los productores primarios clave en las redes troficas Las diferencias entre sulfatos y sulfuros en el agua de mar 21 vs 10 facilita estas determinaciones El azufre tiende a tener mas presencia en las areas menos aerobicas como los sistemas bentonicos y las plantas de pantano que en sistemas pelagicos mas aerobicos Asi en los sistemas bentonicos hay valores de d34S mas pequenos 7 15N Editar Los isotopos de nitrogeno indican el nivel trofico de varios organismos marinos reflejando el instante en el que las muestras de tejido fueron tomadas Hay un componente de enriquecimiento mayor de d15N porque su retencion es mas alta que la del 14N Esto puede ser observado analizando los residuos de los organismos 7 La orina del ganado ha mostrado que hay un descenso del 15N relativo a la dieta 9 Cuando unos organismos ingieren a otros el isotopo 15N es transferido a los predadores Asi los organismos situados mas arriba en la piramide trofica acumulan niveles mas altos de 15N y mas altos valores de d15N relacionados con sus presas antes de entrar en la red trofica Los numerosos estudios en ecosistemas marinos han mostrado que en promedio hay un 3 2 de enriquecimiento de 15N contra la dieta entre especies de diferente nivel trofico en los ecosistemas En el mar Baltico Hansson 1997 encontro analizando una gran variedad de criaturas como particulas de materia organica fitoplancton zooplancton camarones anchoas eperlanos y arenques habia un fraccionamiento aparente de un 2 4 entre consumidores y su presa aparente 7 10 Ademas del posicionamiento de los organismos en la cadena trofica los valores de d15N han sido generalmente utilizados para distinguir entre las fuentes de nutrientes naturales y las derivadas de tierra Al igual que el agua de los tanques septicos puede infiltrarse en los acuiferos el agua rica en nitrogeno se vierte en las areas costeras Los nitratos presentes en estas aguas tienen concentraciones mas altas de 15N que el nitrato presente de forma natural en zonas costeras sin aportaciones continentales 11 Para las bacterias es mas conveniente asimilar el 14N que el 15N porque es un elemento mas ligero y mas facil de metabolizar Asi debido a la preferencia de las bacterias cuando actuan en procesos biogeoquimicos como la desnitrificacion y la volatilizacion de amoniaco el 14N es extraido del agua mas rapidamente que el 15N resultando en un aumento de la proporcion de 15N presente en el acuifero Los valores del 15N se situan aproximadamente en el 10 20 cuando sus valores naturales oscilan entre el 2 8 11 El nitrogeno inorganico que es emitido de los tanques septicos y de otros sistemas de saneamiento humanos normalmente se presenta en forma de NH4 Una vez que el nitrogeno se introduce en los estuarios a traves de vias de agua subterraneas se cree que el aumento del 15N introducido tambien implica un aumento del 15N en la cantidad de nitrogeno inorganico entregada lo que a su vez aumenta la asimilacion de N por los organismos productores Incluso asi el 14N es mas facil de metabolizar porque hay mucho mas 15N y todavia habra cantidades mas altas asimiladas que las normales Estos niveles de d15N pueden ser examinados en criaturas que viven en un area determinada y no son migratorios como macrofitas almejas e incluso algun pez 10 12 13 Este metodo de identificar los niveles altos de entrada de nitrogeno se esta convirtiendo en un metodo cada vez mas extendido para intentar controlar la entrada de nutrientes a estuarios y ecosistemas costeros Los directores medioambientales cada vez se preocupan mas de medir las entradas antropogenicas de nutrientes a los estuarios porque su exceso puede provocar eutrofizacion y episodios hipoxicos eliminando por completo los organismos de un area determinada 14 Tecnica forense Editar Un desarrollo reciente en la ciencia forense es el analisis isotopico de hebras de cabello El cabello tiene un indice de crecimiento reconocible de 9 11mm por mes unos 15 cm por ano 15 16 El crecimiento del cabello es principalmente una funcion de la dieta especialmente de la ingesta de agua Las proporciones isotopicas del agua potable son estables aunque dependen de la ubicacion y de la geologia del terreno a traves del que el agua se infiltra Las variaciones de 87Sr 88Sr y de los isotopos del oxigeno son diferentes en todo el mundo Estas diferencias en proporcion isotopica son entonces biologicamente fijadas en el cabello cuando crece por lo tanto permite devenir identificar historias geograficas recientes mediante el analisis de hebras de cabello Por ejemplo seria posible identificar si un sospechoso terrorista recientemente hubiese estado en una ubicacion particular mediante el analisis de su cabello Este analisis del cabello es un procedimiento no invasivo cuyo uso se esta extendiendo en aquellos casos en los que el ADN u otros medios tradicionales no aportan respuestas suficientes El analisis de isotopos puede ser utilizado por los detectives forenses para determinar si dos o mas muestras de explosivos son de un origen comun Los explosivos contienen carbono hidrogeno nitrogeno y atomos de oxigeno Comparar sus abundancias relativas de isotopos puede revelar la existencia de un origen comun Los investigadores tambien han demostrado que los analisis de las proporciones de 12C 13C pueden identificar el pais de origen de un explosivo dado El analisis de isotopos estables tambien ha sido utilizado en la identificacion de rutas de narcotrafico Las abundancias isotopicas son diferentes en la morfina obtenida de amapolas en el sudeste de Asia y en la obtenida de amapolas crecidas en el suroeste de Asia De igual forma es posible averiguar por ejemplo si una muestra de cocaina procede de Bolivia o de Colombia 17 Geologia Editar Hidrologia Editar Paleoclimatologia Editar La proporcion de 18O y 16O en el hielo y en los nucleos de mar profundo es dependiente de la temperatura y puede ser utilizada como medida aproximada para reconstruir los cambios en el clima Durante periodos mas frios de la historia de la Tierra glaciales como durante las edades de hielo el 16O es preferentemente evaporado de los oceanos mas frios dejando el ligeramente mas pesado e inactivo 18O atras Por lo tanto organismos como los foraminiferos que combinan el oxigeno disuelto en el agua circundante con carbono y calcio para construir sus conchas incorporan la proporcion entre 18O y 16O dependiente de la temperatura Cuando estos organismos mueren se depositan en el lecho marino preservando un largo e inestimable registro del cambio de clima global a traves de una gran parte del periodo Cuaternario De modo parecido nucleos de hielo sobre la tierra estan enriquecidos con el mas pesado 18O respecto al 16O durante fases climaticas mas calidas interglaciales cuando hay mas energia disponible para la evaporacion del mas pesado isotopo 18O El registro de isotopos del oxigeno preservados en los nucleos de hielo es por tanto un espejo del registro contenido en los sedimentos oceanicos Los isotopos de oxigeno preservan un registro de los efectos de los ciclos de Milankovitch relacionados con los cambios de clima durante el Cuaternario revelando un ciclo de aproximadamente 100 000 anos en el clima de la Tierra Referencias Editar Carlson A K 1996 a b Cox K J Bentley R A Tayles N Buckley H R Macpherson C G amp Cooper M J 2011 Shortland A J 2006 Budd P Haggerty R Pollard A M Scaife B and Thomas R G 1996 K W C 2001 Macrofaunal and isotopic estimates of the former extent of the Colorado River Estuary upper Gulf of California Mexico Journal of Arid Environments 49 1 183 193 doi 10 1006 jare 2001 0845 a b Fry B Peterson B J 1987 a b c d e f Michener L K a Fry B 1983 Fish and shrimp migrations in the northern Gulf of Mexico analyzed using stable C N and S isotope ratios Fisheries Bulletin 81 7890801 Daniel K W S a a b Sture Hansson J E H Ragnar Elmgren Ulfa Larsson Brian Fry Sif Johansson 1997 a b C W Kreitler S R a Valiela J W M a R H Carmichael T H I Valiela R H Michener 2008 J W McClelland I V a S Black Crime Scene Analysis Reading University 2008 P White Crime Scene to Court The Essentials of Forensic Science Second Edition Royal Society of Chemistry 2004 J R Ehleringer J Casale D A Cooper M J Lott Sourcing Drugs With Stable Isotopes Copia archivada Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2004 Consultado el 5 de mayo de 2008 Enlaces externos EditarIsoSource Stable isotope mixing model for an excess number of sources Visual Basic Phillips and Gregg 2003 MixSIR A Bayesian Stable Isotope Mixing Model MixSIR is a free graphical user interface GUI program built on the MATLAB platform that carries out Bayesian analysis of stable isotope mixing models using sampling importance resampling SIR Moore and Semmens 2008 enlace roto disponible en Internet Archive vease el historial la primera version y la ultima SIAR Stable isotope analysis in R Bayesian mixing model package for the R environment Parnell A Inger R Bearhop S Jackson A SISUS Stable Isotope Sourcing using Sampling Stable Isotope Sourcing using Sampling SISUS Erhardt Wolf and Bedrick In Prep provides a more efficient algorithm to provide solutions to the same problem as the Phillips and Gregg 2003 IsoSource model and software for source partitioning using stable isotopes IsotopeR Bayesian stable isotope mixing model that incorporates measurement error concentration dependence and other features in a single package IsotopeR runs in the R environment Hopkins and Ferguson 2011 Datos Q518459Obtenido de https es wikipedia org w index php title Analisis isotopico amp oldid 131066355, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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