Marcação isotópica - Isotopic labeling

A marcação isotópica (ou marcação isotópica ) é uma técnica usada para rastrear a passagem de um isótopo (um átomo com uma variação detectável na contagem de nêutrons) através de uma reação , via metabólica ou célula . O reagente é 'marcado' substituindo átomos específicos por seu isótopo. O reagente é então permitido sofrer a reação. A posição dos isótopos nos produtos é medida para determinar a sequência que o átomo isotópico seguiu na reação ou na via metabólica da célula. Os nuclídeos usados ​​na marcação isotópica podem ser nuclídeos ou radionuclídeos estáveis . No último caso, a rotulagem é chamada de radioetiquetagem .

Na marcação isotópica, existem várias maneiras de detectar a presença de isótopos de marcação; através de sua massa , modo vibracional ou decadência radioativa . A espectrometria de massa detecta a diferença na massa de um isótopo, enquanto a espectroscopia de infravermelho detecta a diferença nos modos vibracionais do isótopo. A ressonância magnética nuclear detecta átomos com diferentes proporções giromagnéticas. O decaimento radioativo pode ser detectado através de uma câmara de ionização ou autoradiografias de géis.

Um exemplo do uso de marcação isotópica é o estudo do fenol (C 6 H 5 OH) na água, substituindo o hidrogênio comum ( protium ) por deutério ( marcação de deutério ). Ao adicionar fenol à água deuterada (água contendo D 2 O além do H 2 O usual ), a substituição do deutério pelo hidrogênio é observada no grupo hidroxila do fenol (resultando em C 6 H 5 OD), indicando que o fenol sofre prontamente reações de troca de hidrogênio com água. Apenas o grupo hidroxila é afetado, indicando que os outros 5 átomos de hidrogênio não participam das reações de troca.

Traçador isotópico

Um marcador de carbono-13 foi usado para determinar o mecanismo na conversão de 1,2- a 1,3-didesidrobenzeno do precursor de arino substituído por fenil 1 em acenaftileno.

Um traçador isotópico , (também "marcador isotópico" ou "marcador isotópico"), é usado em química e bioquímica para ajudar a compreender as reações e interações químicas . Nessa técnica, um ou mais átomos da molécula de interesse são substituídos por um átomo do mesmo elemento químico , mas de um isótopo diferente (como um isótopo radioativo usado no rastreamento radioativo ). Como o átomo rotulado tem o mesmo número de prótons, ele se comportará quase exatamente da mesma maneira que sua contraparte não rotulada e, com poucas exceções, não interferirá na reação sob investigação. A diferença no número de nêutrons , entretanto, significa que ele pode ser detectado separadamente dos outros átomos do mesmo elemento.

A ressonância magnética nuclear (NMR) e a espectrometria de massa (MS) são usadas para investigar os mecanismos das reações químicas. NMR e MS detectam diferenças isotópicas, o que permite que informações sobre a posição dos átomos marcados na estrutura dos produtos sejam determinadas. Com informações sobre o posicionamento dos átomos isotópicos nos produtos, a via de reação que os metabólitos iniciais utilizam para se converter nos produtos pode ser determinada. Os isótopos radioativos podem ser testados usando as autoradiografias de géis em eletroforese em gel . A radiação emitida por compostos contendo os isótopos radioativos escurece um pedaço de filme fotográfico , registrando a posição dos compostos marcados em relação uns aos outros no gel.

Os traçadores de isótopos são comumente usados ​​na forma de razões de isótopos. Ao estudar a razão entre dois isótopos do mesmo elemento, evitamos efeitos envolvendo a abundância geral do elemento, que geralmente sufoca as variações muito menores nas abundâncias isotópicas. Os traçadores isotópicos são algumas das ferramentas mais importantes em geologia porque podem ser usados ​​para entender processos complexos de mistura em sistemas terrestres. Uma discussão mais aprofundada da aplicação de traçadores isotópicos em geologia é abordada sob o título de geoquímica isotópica .

Os traçadores isotópicos são geralmente subdivididos em duas categorias: traçadores de isótopos estáveis ​​e traçadores de isótopos radiogênicos . Os traçadores de isótopos estáveis ​​envolvem apenas isótopos não radiogênicos e geralmente são dependentes de massa. Em teoria, qualquer elemento com dois isótopos estáveis ​​pode ser usado como traçador isotópico. No entanto, os traçadores de isótopos estáveis ​​mais comumente usados ​​envolvem isótopos relativamente leves, que rapidamente sofrem fracionamento em sistemas naturais. Veja também assinatura isotópica . Um traçador de isótopos radiogênicos envolve um isótopo produzido por decaimento radioativo , que geralmente está em uma proporção com um isótopo não radioativo (cuja abundância na terra não varia devido ao decaimento radioativo).

Marcação de isótopos estáveis

Traçado isotópico através de reações na via das pentoses fosfato. Os círculos azuis indicam um átomo de carbono rotulado, enquanto os círculos brancos são um átomo de carbono não rotulado.

A marcação de isótopos estáveis ​​envolve o uso de isótopos não radioativos que podem atuar como traçadores usados ​​para modelar vários sistemas químicos e bioquímicos. O isótopo escolhido pode atuar como um marcador naquele composto que pode ser identificado por meio de ressonância magnética nuclear (RMN) e espectrometria de massa (MS). Alguns dos isótopos estáveis ​​mais comuns são 2 H, 13 C e 15 N, que podem ser posteriormente produzidos em solventes NMR , aminoácidos , ácidos nucleicos , lipídios , metabólitos comuns e meio de crescimento celular . Os compostos produzidos usando isótopos estáveis ​​são especificados pela porcentagem de isótopos marcados (ou seja, 30% de glicose 13 C uniformemente marcada contém uma mistura que é 30% marcada com isótopo de carbono 13 e 70% de carbono marcado naturalmente) ou pelas posições de carbono especificamente marcadas no composto (isto é, glicose 1-13 C, que é marcada na primeira posição de carbono da glicose).

Uma rede de reações adotada a partir da via da glicólise e da via da pentose fosfato é mostrada na qual o isótopo de carbono marcado se reorganiza em diferentes posições de carbono ao longo da rede de reações. A rede começa com frutose 6-fosfato (F6P), que tem 6 átomos de carbono com um marcador 13 C na posição 1 e 2. 1,2- 13 C F6P torna-se dois gliceraldeído 3-fosfato (G3P), um 2,3 - 13 C T3P e um T3P não marcado. O 2,3- 13 C T3P pode agora ser reagido com sedoheptulose 7-fosfato (S7P) para formar uma eritrose 4-fosfato não marcada (E4P) e um 5,6- 13 C F6P. O T3P não marcado reagirá com o S7P para sintetizar produtos não marcados. A figura demonstra o uso de marcação de isótopos estáveis ​​para descobrir o rearranjo do átomo de carbono por meio de reações usando compostos marcados de posição específica.

Análise de fluxo metabólico usando marcação de isótopos estáveis

Determinar a porcentagem de marcação de isótopos ao longo de uma reação. Se um metabólito 50% marcado e 50% não marcado for dividido da maneira mostrada, a porcentagem esperada de cada resultado pode ser encontrada. Os círculos azuis indicam um átomo rotulado, enquanto um círculo branco indica um átomo não rotulado.

A análise do fluxo metabólico (MFA) usando marcação de isótopos estáveis é uma ferramenta importante para explicar o fluxo de certos elementos através das vias metabólicas e reações dentro de uma célula . Um rótulo isotópico é alimentado à célula, então a célula pode crescer utilizando o alimento rotulado. Para a análise do fluxo metabólico estacionário, a célula deve atingir um estado estacionário (os isótopos que entram e saem da célula permanecem constantes com o tempo) ou um estado quase estacionário (o estado estacionário é alcançado por um determinado período de tempo). O padrão isotópico do metabólito de saída é determinado. O padrão de isótopo de saída fornece informações valiosas, que podem ser usadas para encontrar a magnitude do fluxo , a taxa de conversão de reagentes em produtos , em cada reação.

A figura demonstra a capacidade de usar rótulos diferentes para determinar o fluxo por meio de uma determinada reação. Suponha que o metabólito original, um composto de três carbonos, tenha a capacidade de se dividir em um metabólito de dois carbonos e um metabólito de carbono em uma reação e depois recombinar ou permanecer um metabólito de três carbonos. Se a reação é fornecida com dois isótopos do metabólito em proporções iguais, um completamente rotulado (círculos azuis), comumente conhecido como uniformemente rotulado, e um completamente não rotulado (círculos brancos). O caminho no lado esquerdo do diagrama não exibe nenhuma mudança nos metabólitos, enquanto o lado direito mostra a divisão e recombinação. Como mostrado, se o metabólito seguir apenas pelo lado esquerdo, ele permanecerá em uma proporção de 50–50 de metabólitos uniformemente rotulados e não rotulados. Se o metabólito pegar apenas o lado direito, novos padrões de rotulagem podem ocorrer, todos em proporções iguais. Outras proporções podem ocorrer dependendo de quanto do metabólito original segue o lado esquerdo da via versus o lado direito da via. Aqui, as proporções são mostradas para uma situação em que metade dos metabólitos fica do lado esquerdo e a outra metade do lado direito, mas outras proporções podem ocorrer. Esses padrões de átomos marcados e átomos não marcados em um composto representam isotopômeros . Medindo a distribuição de isotopômeros dos metabólitos marcados de forma diferente, o fluxo através de cada reação pode ser determinado.

O MFA combina os dados coletados da marcação de isótopos com a estequiometria de cada reação, restrições e um procedimento de otimização para resolver um mapa de fluxo. As reações irreversíveis fornecem as restrições termodinâmicas necessárias para encontrar os fluxos. É construída uma matriz que contém a estequiometria das reações. Os fluxos intracelulares são estimados usando um método iterativo no qual fluxos simulados são plugados no modelo estequiométrico. Os fluxos simulados são exibidos em um mapa de fluxo, que mostra a taxa de reagentes sendo convertidos em produtos para cada reação. Na maioria dos mapas de fluxo, quanto mais grossa a seta, maior o valor do fluxo da reação.

Técnicas de medição de marcação de isótopos

Qualquer técnica para medir a diferença entre os isotopômeros pode ser usada. Os dois métodos principais, ressonância magnética nuclear (NMR) e espectrometria de massa (MS), foram desenvolvidos para medir isotopômeros de massa em marcação de isótopos estáveis.

RMN de protão era a primeira técnica utilizada para 13 expericias de rotulagem C. Usando este método, cada posição única de carbono protonado dentro de um conjunto de metabólitos particular pode ser observada separadamente das outras posições. Isso permite que a porcentagem de isotopômeros marcados nessa posição específica seja conhecida. O limite para RMN de próton é que se houver n átomos de carbono em um metabólito, pode haver apenas no máximo n valores de enriquecimento posicional diferentes, que é apenas uma pequena fração da informação total do isotopômero. Embora o uso de rotulagem de RMN de prótons seja limitante, os experimentos de RMN de prótons puros são muito mais fáceis de avaliar do que os experimentos com mais informações de isotopômeros.

Além do Proton NMR , o uso de técnicas de 13 C NMR permitirá uma visão mais detalhada da distribuição dos isotopômeros. Um átomo de carbono rotulado produzirá diferentes sinais de divisão hiperfina, dependendo do estado de rotulagem de seus vizinhos diretos na molécula. Um pico singlete emerge se os átomos de carbono vizinhos não forem rotulados. Um pico de dupleto emerge se apenas um átomo de carbono vizinho for rotulado. O tamanho da divisão do dupleto depende do grupo funcional do átomo de carbono vizinho. Se dois átomos de carbono vizinhos são rotulados, um dupleto de dupletos pode degenerar em um tripleto se as divisões do dupleto forem iguais.

As desvantagens de usar técnicas de NMR para fins de análise de fluxo metabólico é que é diferente de outras aplicações de NMR porque é uma disciplina bastante especializada. Um espectrômetro de NMR pode não estar diretamente disponível para todas as equipes de pesquisa. A otimização dos parâmetros de medição de NMR e a análise adequada das estruturas de pico requerem um especialista em NMR qualificado. Certos metabólitos também podem exigir procedimentos de medição especializados para obter dados adicionais de isotopômeros. Além disso, ferramentas de software especialmente adaptadas são necessárias para determinar a quantidade precisa de áreas de pico, bem como identificar a decomposição de picos singuletos, dupletos e tripletos emaranhados.

Ao contrário da ressonância magnética nuclear, a espectrometria de massa (MS) é outro método mais aplicável e sensível aos experimentos de análise de fluxo metabólico. Os instrumentos MS estão disponíveis em diferentes variantes. Diferente da ressonância magnética nuclear bidimensional ( 2D-NMR ), os instrumentos de MS trabalham diretamente com hidrolisado .

Na cromatografia gasosa-espectrometria de massa ( GC-MS ), o MS é acoplado a um cromatógrafo gasoso para separar os compostos do hidrolisado. Os compostos que eluem da coluna GC são então ionizados e simultaneamente fragmentados. O benefício de usar GC-MS é que não apenas os isotopômeros de massa do íon molecular são medidos, mas também o espectro de isotopômeros de massa de vários fragmentos, o que aumenta significativamente a informação medida.

Na espectrometria de massa por cromatografia líquida ( LC-MS ), o GC é substituído por um cromatógrafo líquido. A principal diferença é que a derivatização química não é necessária. Aplicações de LC-MS para MFA, entretanto, são raras.

Em cada caso, os instrumentos de MS dividem a distribuição de um isotopômero particular por seu peso molecular. Todos os isotopômeros de um metabólito específico que contêm o mesmo número de átomos de carbono marcados são coletados em um sinal de pico. Como cada isotopômero contribui para exatamente um pico no espectro de MS, o valor da porcentagem pode então ser calculado para cada pico, resultando na fração de massa do isotopômero. Para um metabólito com n átomos de carbono, n + 1 medições são produzidas. Após a normalização, exatamente n quantidades de isotopômero de massa informativa permanecem.

A desvantagem da utilização de técnicas de MS é que, para cromatografia gasosa, a amostra deve ser preparada por derivatização química para obtenção de moléculas com carga. Existem vários compostos usados ​​para derivatizar amostras. N, N-Dimetilformamida dimetil acetal (DMFDMA) e N- (terc-butildimetilsilil) -N-metiltrifluoroacetamida (MTBSTFA) são dois exemplos de compostos que têm sido usados ​​para derivatizar aminoácidos.

Além disso, fortes efeitos de isótopos observados afetam o tempo de retenção de isotopômeros marcados de forma diferente na coluna GC. A sobrecarga da coluna GC também deve ser evitada.

Por último, a abundância natural de outros átomos além do carbono também leva a uma perturbação no espectro de isotopômeros de massa. Por exemplo, cada um átomo de oxigénio na molécula pode também estar presente como um 17 isótopo O e como um 18 isótopo S. Um impacto mais significativo da abundância natural de isótopos é o efeito do silício com uma abundância natural dos isótopos 29 Si e 30 Si. Si é usado em agentes de derivatização para técnicas de MS.

Aplicações na pesquisa de nutrição mineral humana

O uso de traçadores de isótopos estáveis ​​para estudar a nutrição mineral e o metabolismo em humanos foi relatado pela primeira vez na década de 1960. Embora os radioisótopos tenham sido usados ​​na pesquisa de nutrição humana por várias décadas antes, os isótopos estáveis ​​apresentaram uma opção mais segura, especialmente em indivíduos para os quais existe uma preocupação elevada com a exposição à radiação, por exemplo, mulheres grávidas e lactantes e crianças. Outras vantagens oferecidas por isótopos estáveis ​​incluem a capacidade de estudar elementos sem radioisótopos adequados e de estudar o comportamento do traçador de longo prazo. Assim, o uso de isótopos estáveis ​​tornou-se comum com o aumento da disponibilidade de materiais enriquecidos isotopicamente e espectrômetros de massa inorgânica. O uso de isótopos estáveis ​​em vez de radioisótopos tem várias desvantagens: são necessárias grandes quantidades de traçador, com o potencial de perturbar o mineral naturalmente existente; a preparação de amostras analíticas é mais complexa e a instrumentação de espectrometria de massa mais cara; a presença do traçador em corpos inteiros ou tecidos específicos não pode ser medida externamente. No entanto, as vantagens prevaleceram, tornando os isótopos estáveis ​​o padrão em estudos humanos.

A maioria dos minerais essenciais para a saúde humana e de particular interesse para pesquisadores de nutrição tem isótopos estáveis, alguns bem adequados como marcadores biológicos por causa de sua baixa abundância natural. Ferro , zinco , cálcio , cobre , magnésio , selênio e molibdênio estão entre os minerais essenciais com isótopos estáveis ​​aos quais foram aplicados métodos traçadores de isótopos. Ferro, zinco e cálcio, em particular, têm sido amplamente estudados.

Aspectos de nutrição / metabolismo mineral que são estudados incluem absorção (do trato gastrointestinal para o corpo), distribuição, armazenamento, excreção e a cinética desses processos. Os traçadores isotópicos são administrados a indivíduos por via oral (com ou sem alimentos, ou com um suplemento mineral) e / ou por via intravenosa. O enriquecimento de isótopos é então medido no plasma sanguíneo, eritrócitos, urina e / ou fezes. O enriquecimento também foi medido no leite materno e no conteúdo intestinal. O desenho do experimento do traçador às vezes difere entre os minerais devido às diferenças em seu metabolismo. Por exemplo, a absorção de ferro é geralmente determinada a partir da incorporação do traçador nos eritrócitos, enquanto a absorção do zinco ou cálcio é medida a partir do aparecimento do traçador no plasma, urina ou fezes. A administração de múltiplos marcadores isotópicos em um único estudo é comum, permitindo o uso de métodos de medição mais confiáveis ​​e investigações simultâneas de múltiplos aspectos do metabolismo.

A medição da absorção de minerais da dieta, muitas vezes concebida como biodisponibilidade , é a aplicação mais comum dos métodos de traçadores de isótopos para a pesquisa nutricional. Entre os objetivos de tais estudos estão as investigações de como a absorção é influenciada pelo tipo de alimento (por exemplo, fonte vegetal vs animal, leite materno vs fórmula), outros componentes da dieta (por exemplo, fitato ), doenças e distúrbios metabólicos (por exemplo , disfunção entérica ambiental ), o ciclo reprodutivo, quantidade de mineral na dieta, deficiência mineral crônica , idade do sujeito e mecanismos homeostáticos. Quando os resultados de tais estudos estão disponíveis para um mineral, eles podem servir como base para estimativas das necessidades fisiológicas e dietéticas humanas do mineral.

Quando o traçador é administrado com alimentos com o objetivo de observar a absorção e o metabolismo dos minerais, pode estar na forma de um marcador intrínseco ou extrínseco. Um rótulo intrínseco é um isótopo que foi introduzido no alimento durante sua produção, enriquecendo assim o conteúdo mineral natural do alimento, enquanto o rótulo extrínseco se refere à adição do isótopo traçador ao alimento durante o estudo. Por ser uma abordagem muito demorada e cara, a rotulagem intrínseca não é usada rotineiramente. Estudos comparando medidas de absorção usando rotulagem intrínseca e extrínseca de vários alimentos geralmente demonstraram boa concordância entre os dois métodos de rotulagem, apoiando a hipótese de que minerais extrínsecos e naturais são tratados de forma semelhante no trato gastrointestinal humano.

O enriquecimento é quantificado a partir da medição das razões de isótopos , a razão do isótopo traçador para um isótopo de referência, por espectrometria de massa. Múltiplas definições e cálculos de enriquecimento foram adotados por diferentes pesquisadores. Os cálculos de enriquecimento tornam-se mais complexos quando vários traçadores são usados ​​simultaneamente. Como as preparações de isótopos enriquecidos nunca são isotopicamente puras, ou seja, contêm todos os isótopos do elemento em abundâncias não naturais, os cálculos de enriquecimento de traçadores de isótopos múltiplos devem levar em conta a perturbação de cada razão de isótopos pela presença dos outros traçadores.

Devido à prevalência de deficiências minerais e seu impacto crítico na saúde humana e bem-estar em países com poucos recursos, a Agência Internacional de Energia Atômica publicou recentemente descrições detalhadas e abrangentes de métodos de isótopos estáveis ​​para facilitar a disseminação deste conhecimento para pesquisadores além centros acadêmicos ocidentais.  

Marcação radioisotópica

A marcação radioisotópica é uma técnica para rastrear a passagem de uma amostra de substância através de um sistema. A substância é "rotulada" ao incluir radionuclídeos em sua composição química. Quando estes decaem , sua presença pode ser determinada pela detecção da radiação emitida por eles. A marcação radioisotópica é um caso especial de marcação isotópica.

Para esses propósitos, um tipo particularmente útil de decaimento radioativo é a emissão de pósitrons . Quando um pósitron colide com um elétron, ele libera dois fótons de alta energia viajando em direções diametralmente opostas. Se o pósitron for produzido dentro de um objeto sólido, é provável que faça isso antes de viajar mais de um milímetro. Se ambos os fótons puderem ser detectados, a localização do evento de decaimento pode ser determinada com muita precisão.

A rigor, a marcação radioisotópica inclui apenas os casos em que a radioatividade é artificialmente introduzida pelos experimentadores, mas alguns fenômenos naturais permitem que análises semelhantes sejam realizadas. Em particular, a datação radiométrica usa um princípio intimamente relacionado.

Aplicações em proteômica

Em proteômica , o estudo do conjunto completo de proteínas expressas por um genoma , identificando biomarcadores de doenças pode envolver o uso de marcação de isótopos estáveis ​​por aminoácidos em cultura de células (SILAC), que fornece formas isotópicas marcadas de aminoácidos usadas para estimar os níveis de proteína . Na proteína recombinante, as proteínas manipuladas são produzidas em grandes quantidades e a marcação de isótopos é uma ferramenta para testar proteínas relevantes. O método costumava ser sobre enriquecer seletivamente os núcleos com 13 C ou 15 N ou empobrecer 1 H deles. O recombinante seria expresso em E. coli com meio contendo 15 N- cloreto de amônio como fonte de nitrogênio. As proteínas marcadas com 15 N resultantes são então purificadas por afinidade de metal imobilizado e sua porcentagem estimada. A fim de aumentar o rendimento de proteínas marcadas e reduzir o custo de meios marcados com isótopos, um procedimento alternativo aumenta principalmente a massa celular usando meios não marcados antes de introduzi-los em uma quantidade mínima de meios marcados. Outra aplicação da marcação de isótopos seria na medição da síntese de DNA, ou seja, a proliferação celular in vitro . Usa marcação com H 3 -timidina para comparar o padrão de síntese (ou sequência) nas células.

Aplicativos para análise de processos de ecossistemas

Traçadores isotópicos são usados ​​para examinar processos em sistemas naturais, especialmente em ambientes terrestres e aquáticos. Na ciência do solo, traçadores de 15 N são usados ​​extensivamente para estudar o ciclo de nitrogênio, enquanto 13 C e 14 C, estáveis ​​e radioisótopos de carbono, respectivamente, são usados ​​para estudar o turnover de compostos orgânicos e a fixação de CO
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por autotróficos . Por exemplo, Marsh et al. (2005) usaram uréia duplamente marcada ( 15 N- e 14 C) para demonstrar a utilização do composto por oxidantes de amônia como fonte de energia (oxidação de amônia) e fonte de carbono (fixação quimioautotrófica de carbono). A água deuterada também é usada para rastrear o destino e as idades da água em uma árvore ou em um ecossistema.

Candidaturas para oceanografia

Os traçadores também são usados ​​extensivamente em oceanografia para estudar uma ampla gama de processos. Os isótopos usados ​​são tipicamente naturais com fontes e taxas de formação e decomposição bem estabelecidas. No entanto, os isótopos antropogênicos também podem ser usados ​​com grande sucesso. Os pesquisadores medem as razões isotópicas em diferentes locais e horários para inferir informações sobre os processos físicos do oceano.

Transporte de partículas

O oceano é uma extensa rede de transporte de partículas. Os isótopos de tório podem ajudar os pesquisadores a decifrar o movimento vertical e horizontal da matéria. 234 Th tem uma taxa de produção constante e bem definida no oceano e meia-vida de 24 dias. Foi demonstrado que este isótopo natural varia linearmente com a profundidade. Portanto, quaisquer mudanças neste padrão linear podem ser atribuídas ao transporte de 234 Th nas partículas. Por exemplo, razões isotópicas baixas em águas superficiais com valores muito altos alguns metros abaixo indicariam um fluxo vertical na direção descendente. Além disso, o isótopo de tório pode ser rastreado dentro de uma profundidade específica para decifrar o transporte lateral de partículas.

Circulação

A circulação dentro dos sistemas locais, como baías, estuários e águas subterrâneas, pode ser examinada com isótopos de rádio. O 223 Ra tem meia-vida de 11 dias e pode ocorrer naturalmente em locais específicos de rios e mananciais subterrâneos. A proporção isotópica do rádio diminuirá à medida que a água da fonte do rio entrar em uma baía ou estuário. Ao medir a quantidade de 223 Ra em vários locais diferentes, um padrão de circulação pode ser decifrado. Esse mesmo processo exato também pode ser usado para estudar o movimento e a descarga de águas subterrâneas.

Vários isótopos de chumbo podem ser usados ​​para estudar a circulação em escala global. Diferentes oceanos (ou seja, Atlântico, Pacífico, Índico, etc.) têm diferentes assinaturas isotópicas. Isso resulta de diferenças nas proporções isotópicas de sedimentos e rochas dentro dos diferentes oceanos. Como os diferentes isótopos de chumbo têm meia-vida de 50–200 anos, não há tempo suficiente para que as razões isotópicas sejam homogeneizadas em todo o oceano. Portanto, uma análise precisa das razões isotópicas do Pb pode ser usada para estudar a circulação dos diferentes oceanos.

Processos tectônicos e mudanças climáticas

Isótopos com meias-vidas extremamente longas e seus produtos de decomposição podem ser usados ​​para estudar processos de milhões de anos, como tectônica e mudanças climáticas extremas. Por exemplo, na datação de rubídio-estrôncio , a proporção isotópica de estrôncio ( 87 Sr / 86 Sr) pode ser analisada dentro dos núcleos de gelo para examinar as mudanças ao longo da vida da Terra. Diferenças nesta proporção dentro do núcleo de gelo indicariam alterações significativas na geoquímica da Terra.

Isótopos relacionados a armas nucleares

Os processos acima mencionados podem ser medidos usando isótopos de ocorrência natural. No entanto, os isótopos antropogênicos também são extremamente úteis para medições oceanográficas. Os testes de armas nucleares liberaram uma infinidade de isótopos incomuns nos oceanos do mundo. 3 H, 129 I e 137 Cs podem ser encontrados dissolvidos na água do mar, enquanto 241 Am e 238 Pu estão ligados a partículas. Os isótopos dissolvidos em água são particularmente úteis no estudo da circulação global. Por exemplo, as diferenças nas razões isotópicas laterais dentro de um oceano podem indicar fortes frentes de água ou giros. Por outro lado, os isótopos ligados às partículas podem ser usados ​​para estudar o transporte de massa dentro das colunas de água. Por exemplo, altos níveis de Am ou Pu podem indicar ressurgência quando observada em grandes profundidades, ou ressurgência quando observada na superfície.

Métodos para marcação isotópica

Veja também

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