IL FRAZIONAMENTO ISOTOPICO

Separazione delle diverse “specie” isotopiche di uno stesso elemento durante

alcuni processi chimici (es. reazioni chimiche come la formazione di sali dalla

reazione acido-base), fisici (es. evaporazione e condensazione) e biologici (es.

fotosintesi). La conseguenza del frazionamento isotopico è la presenza di diverse

concentrazioni isotopiche di uno stesso elemento nei reagenti e nei prodotti.

Tali differenze di concentrazione sono chiamate anomalie isotopiche (en. Isotopic

anomalies)

FRAZIONAMENTO ISOTOPICO DI EQUILIBRIO: dipende dalle differenze nelle

proprietà �termodinamiche delle molecole costituite da isotopi diversi.

FRAZIONAMENTO ISOTOPICO CINETICO: dipende dalle diverse velocità degli

isotopi “leggeri” rispetto a quelli “pesanti” in molti processi naturali.

Es. nell’evaporazione dell’acqua o nella maggior parte delle reazioni

biogeochimiche, nelle quali gli isotopi più “leggeri” reagiscono più rapidamente.

Esempio di frazionamento isotopico.

Quando l’acqua evapora, le molecole di acqua contenenti l’isotopo 16O

arricchiscono in misura relativamente maggiore il vapore acqueo che, in questo

modo, risulta più ricco in isotopi leggeri.

Le molecole di vapore H216O sono infatti più “leggere” rispetto a molecole tipo

H218O.

Azoto

Oltre il 99% dell’azoto in prossimità della superficie terrestre è presente come

N2 atmosferico o disciolto negli oceani.

Solo una percentuale minore di azoto è combinata con altri elementi,

principalmente C, O, and H. Ciononostante, questa percentuale piccola gioca

un ruolo decisivo nei processi biologici.

L’azoto presenta vari stati di ossidazione e può trovarsi disciolto come gas o in

composti allo stato solido (N2, NO3−, NO2-, NH3, NH4+).

Esistono due isotopi stabili, 14N e 15N che, nell’atmosfera, hanno la seguente

proporzione:

14N : 99.63%15N : 0.37% .

che è utilizzata come standard.

Fissazione dell’azoto: riguarda i processi che convertono N2 atmosferico in altri

composti azotati quali l’ammonio (in genere mediante l’azione dei batteri). In

genere la fissazione di azoto atmosferico determina vaolri δ15N-values

leggermente negativi (−3 to +1).

Nitrificazione: processo di ossidazione mediato da diversi organismi:

Denitrificazione: riduzione di composti dell’azoto relativamente più ossidati in

forme ridotte (ambienti anaerobici). Determina un aumento esponenziale dei valori

di δ15N-values nel nitrato residuale mano a mano che la concentrazione di nitrato

diminuisce.

Fosfati (apatite) biogenici:

�La composizione degli isotopi stabili (δ18O) registra una combinazione di parametri ambientali e biologici.

�Solo in anni recenti sono state superate e difficoltà tecniche per le misure

analitiche dei fosfati finalizzate alle ricostruzioni paleoambientali.

�Vantaggi: i fosfati, rispetto ai carbonati, risentono meno dei processi diagenetici.

�I materiali fosfatici di origine organica analizzabili sono: ossa, dentina, smalto,

lische di pesce e gusci di invertebrati.

La dentina è tessuto connettivo mineralizzato con una parte inorganica fatta di

cristalli di idrossiapatite

Fosfati (apatite) biogenici:

�La composizione degli isotopi stabili (δ18O) registra una combinazione di parametri ambientali e biologici.

�Solo in anni recenti sono state superate e difficoltà tecniche per le misure

analitiche dei fosfati finalizzate alle ricostruzioni paleoambientali.

�Vantaggi: i fosfati, rispetto ai carbonati, risentono meno dei processi diagenetici.

�I materiali fosfatici di origine organica analizzabili sono: ossa, dentina, smalto,

lische di pesce e gusci di invertebrati.

Studi sui mammiferi, pesci e invertebrati hanno dimostrato che la

composizione isotopica dell’ossigeno nell’apatite biogenica varia

sistematicamente con la composizione isotopica dell’acqua corporea che, a sua

volta, dipende dalla composizione isotopica dell’acqua che gli organismi

assumono bevendo.

I fosfati sono prima disciolti e poi precipitati come Ag3PO4.

Dopo fluorurazione, l’ossigeno ottenuto dal fosfato di argento è poi ridotto con C a

formare anidride carbonica

A causa della presenza pressoché costante di contaminanti, i tentativi di analizzare

campioni ‘bulk’ di fosfati sono stati abbandonati. Preferibilmente si analizzano le

componenti CO3 o PO4.

Analisi isotopiche di ossigeno in fosfati

Carbonio

Il carbonio forma un’ampia varietà di composti: presente in forma ridotta nei

composti organici nella biosfera e, in forma ossidata, come CO2 e carbonati.

Le abbondanze dei due isotopi stabili del carbonio sono:

12C : 98.93% (massa di riferimento per la determinazione dei pesi atomici)13C : 1.07%

LL’’eruzione vesuviana del 79 eruzione vesuviana del 79 d.Cd.C

1. Dietary variation at Herculaneum and other coastal roman sites

The main difference between the sites is thatVelia and Isola Sacra have a greater number ofoutliers, particularly individuals with high marine protein diets (i.e. high δ15N values).

Presence in the Velia assemblage of a specificsubset of individuals, possibly fishermen, hasbeen observed (Crowe et al., 2010) and contributes to the broad range of δ15N for thissite.

2. Variation by sex

The distribution of δ15N and δ13C is significantly different between the sexes at Herculaneum with males typically enriched in 15N and 13C compared to females. From these data, it is proposed that males consumed more fish with relatively elevated δ15N values.

Apart from fish, the remainder of the diet at Herculaneum - at least 70% by weight - wasmade up of terrestrial foodstuffs of similarisotopic composition and of substantially lessprotein content than fish.Although other low-protein terrestrial foods, even fatty meats or legumes, cannot beruled out (Fernandes et al., 2014), the mostlikely contenders are cereals.

3.3. Variation by ageThere are no significant differences betweenmales and females in any of the age classes, or between males and females of differentage classes.

By 30 years of age, most men might besupposed to have received a boost in theirdisposable income, allowing access togreater quantities of more expensivecommodities such as fish.

ca. 69% of the adult male citizen populationwere ex-slaves, and that ca. 60% of the entire urban slave population at Herculaneum were manumitted by the ageof 30. With manumission came possibleelevation to the rank of Roman citizen in accordance with the laws passed in the timeof Augustus

Results suggest that the people of Herculaneum obtained a relatively small

proportion (ca. 30%) of their dietary carbon from marine foods; the majority

originating from terrestrial foodstuffs of a similar carbon isotopic composition,

most likely cereals. Also observed is a generally greater dietary isotopic

enrichment in male individuals than females.

Males had greater access to fish which may be reflective, in part, of the

sociodemographic framework characteristic of Roman society.

125 studied individuals are from 16 sites, which date mainly fromthe 17th to the

19th centuries. This anthropological material is housed at the Royal Belgian

Institute of Natural sciences and the Father Sebastián Englert Anthropological

Museum of Easter Island. One hundred and seven individuals showed well-

preserved collagen. The stable isotope data provide new information on ancient

Easter Islander dietary habits.

- Did the people buried in caves belong to a particular social group

characterised by different dietary habits than people buried in ahu?

- Is there a recognisable regional variation in the diet that can be associated

with historic tribe group divisions?

- Was diet related to social status? Did the royal Miru tribe benefited

from a privileged diet?

- Given the gender inequality in everyday-life authority and family

responsibilities,

did women and children have access to the same

foods as men?

- How did children's diet change during growth? When did weaning

occur?

RISULTATI

1722 AD. Primo arrivo di Europei a Rapa Nui.