Laboratorio Isotopi Stabili
Il Laboratorio di Geochimica degli Isotopi Stabili è un centro di eccellenza per la ricerca avanzata sugli isotopi stabili di idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno. Grazie a un'infrastruttura tecnologica all'avanguardia e a un approccio multidisciplinare, il laboratorio sviluppa nuove metodologie analitiche e applica tecniche innovative a tematiche che spaziano dalla geologia e scienze ambientali, fino alla biologia, all’archeologia, all’agronomia e alle scienze alimentari.
Geochimica degli isotopi stabili: esplorare i processi del sistema Terra
La geochimica degli isotopi stabili consente di indagare i meccanismi naturali che regolano il Sistema Terra e i cicli biogeochimici, sfruttando le variazioni naturali dei rapporti isotopici. Questi studi sono fondamentali per:
- Ricostruire l'origine e l'evoluzione dei fluidi terrestri, come quelli idrotermali, geotermici e magmatici, e comprenderne il ruolo nei processi geologici.
- Aumentare la conoscenza sui cicli geochimici, con un particolare focus sul ciclo del carbonio, superficiale e profondo, e sulla sua evoluzione nel tempo e nello spazio.
- Indagare le interazioni tra biosfera e geosfera, identificando le componenti biotiche e abiotiche nella formazione e alterazione di rocce e suoli e nella dinamica degli ecosistemi.
- Fornire dati cruciali per la comprensione dei cambiamenti globali, climatici e dei processi ambientali, sia in tempi geologici che recenti.
Innovazione tecnologica e ricerca all’avanguardia
Il laboratorio ha perseguito una costante evoluzione tecnologica e scientifica consolidando il proprio impegno nella ricerca di frontiera. La dotazione strumentale avanzata permette analisi isotopiche ad altissima risoluzione, affrontando numerose sfide scientifiche.
Nel 2022, grazie al progetto PNRR ITINERIS (Italian Integrated Environmental Research Infrastructures System), il laboratorio si è ulteriormente potenziato con strumentazioni di ultima generazione, affermandosi come uno dei più grandi laboratori per lo studio degli isotopi stabili in Italia e in Europa. Questo investimento tecnologico ha permesso di ampliare ulteriormente le possibilità di analisi e di sostenere progetti di ricerca sempre più ambiziosi.
Open Science e reti internazionali
Il laboratorio adotta i principi della Open Science, garantendo che i dati scientifici siano FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable). Questa filosofia di apertura e condivisione è un pilastro del nostro approccio alla ricerca e contribuisce a rafforzare l'impatto scientifico a livello globale.
Il laboratorio è parte integrante della rete europea EPOS (European Plate Observing System, Link) che unisce infrastrutture di ricerca nazionali per le Scienze della Terra Solida. EPOS promuove la collaborazione internazionale e l’innovazione per affrontare le sfide scientifiche più complesse.
Siamo inoltre inseriti nel progetto ITINERIS (Link), finanziato dall'Unione Europea, che mira a creare un sistema integrato italiano per lo studio dei processi ambientali nell’atmosfera, nel dominio marino, nella biosfera terrestre e nella geosfera. All’interno del progetto ITINERIS, il laboratorio è particolarmente impegnato nel contribuire alla costruzione di un Virtual Research Environment (VRE) dove poter condividere, secondo la filosofia FAIR, i dati scientifici e i metadati prodotti nel laboratorio.
Contattaci
Il nostro team è a disposizione per collaborazioni scientifiche e progetti di ricerca. Non esitate a contattarci per scoprire di più sul nostro lavoro!
STRUMENTAZIONE
La strumentazione del laboratorio permette di misurare la composizione isotopica di idrogeno, carbonio, azoto e ossigeno e il contenuto totale di idrogeno, azoto, carbonio organico e inorganico (TN, H, TOC, TIC) di campioni solidi, liquidi e gassosi.
Il laboratorio è impegnato nello sviluppo e implementazione di nuovi metodi analitici per rispondere alle crescenti sfide della ricerca che richiedono una migliore accuratezza e precisione analitica.
Sono presenti quattro spettrometri di massa IRMS (Thermo Delta XP, Thermo Delta Plus, Finningan MAT Delta Plus, Finningan ThermoQuest Delta Plus) che si interfacciano con:
- Linea di fluorinazione laser per la determinazione dei rapporti di 18O/16O di minerali silicatici
- Gasbench II (Finningan) per la determinazione automatica in CF dei rapporti di 18O/16O e 13C/12C di carbonati e di 13C/12C del TDIC
- Gas Cromatografo Trace GC Ultra (Thermo Scientific) per la separazione dei composti del carbonio (CO2, idrocarburi, biomarker, etc) e la determinazione di 13C ed eventualmente di 2H
- TC/EA (Finningan) per analisi isotopica di 2H e 18O di solidi
- Analizzatore elementare Flash EA1112HT (Thermo Scientific) per analisi elementare di C, H, N, S, O e di isotopi C, H, N, O di di solidi, liquidi e gas (compresi gas in spazi di testa)
- Analizzatore Elementare (Carlo Erba) per analisi quantitativa e isotopica di C, H, N di liquidi (olio, vino, olii combustibili e benzine) e solidi
- Linea di equilibrazione automatica per la determinazione del rapporto 18O/16O delle acque
- Linea di preparazione off-line per la determinazione dei rapporti di 18O/16O e 13C/12C di carbonati impuri (es.: calcite, dolomite, magnesite), di rocce a contenuto variabile di carbonato e di carbonati misti (con estrazione sequenziale)
Il laboratorio è anche dotato di uno strumento (IRIS-Delta Ray della ThermoFischer Scientific) per la determinazione della concentrazione della CO2 e della sua composizione isotopica di carbonio e ossigeno mediante tecnologia laser. Lo strumento può essere trasportato e direttamente impiegato in campagna nei siti di studio per analisi in continuo.
Nella schema qui riportato sono illustrate le differenti configurazioni strumentali possibili per le diverse esigenze analitiche e di ricerca.
PERSONALE
Ilaria Baneschi
Chiara Boschi
Alessandro Bragagni
Abimbola Chris Ogunyele
Lisa Ricci
Andrea Rielli
Il laboratorio ospita abitualmente colleghi/e, associati/e e personale in formazione proveniente da università e centri di ricerca italiani ed esteri.
CONTATTI
Telefono:
050 621 2315 (Dott.ssa Chiara Boschi)
050 6212343 (Dott.ssa Ilaria Baneschi)
E-mail:
Le tecniche analitiche del laboratorio sono molteplici, in funzione della matrice e dell’isotopo da analizzare. In particolare, il campione deve essere adeguatamente trattato al fine di ottenere un’aliquota gassosa da introdurre nello spettrometro IRMS in modo continuo (continuous flow) o manuale (dual inlet).
I campioni solidi possono venire ablati (tramite estrazione laser), combusti (tramite ossidazione flash), pirolizzati (tramite decomposizione termica), disciolti in acido o trattati attraverso solventi organici. I campioni gassosi se puri - N2, CO2, H2, CO - sono iniettati tal quali; altrimenti sono separati criogenicamente o tramite gas cromatografia.
Di seguito sono elencati alcuni esempi di matrici, analisi isotopiche e ricerche applicate.
- Matrice: suoli/sedimenti, vegetazione, tessuti animali, particolato atmosferico e disciolto in acqua
- Rapporto isotopico: 13C/12C, 15N/14N
- Applicazioni: tracciamento e ripartizione delle varie sorgenti in studi ambientali; studi di variazione spaziale e temporale degli ambienti presenti e passati; dinamica del carbonio in ecosistemi terrestri; studi di catene trofiche; studi di paleo-diete; fisiologia vegetale; studi di processi biochimici.
- Matrice: carbonati solidi e disciolti in acqua (DIC)
- Rapporto isotopico: 13C/12C, 18O/16O
- Applicazioni: studi idrotermali, metamorfici e geotermici su carbonati inorganici in sistemi attivi e fossili; studi paleoclimatici e paleoambientali; studi idrogeologici e di dinamica delle acque superficiali e sotterranee (C in DIC); applicazioni ai beni culturali.
- Matrice: minerali silicatici e ossidi (anidri e idrati)
- Rapporto isotopico: 2H/1H, 18O/16O
- Applicazioni: studi petrologici, geotermici, vulcanologici per ricostruzioni delle dinamiche di genesi e alterazione dei minerali.
- Matrice: gas secchi e disciolti in acqua
- Rapporto isotopico: 13C/12C
- Applicazioni: studi vulcanologici e geotermici su CO2 e CH4; studi della dinamica di produzione del biogas; tracciamento di molecole organiche; tracciamento delle emissioni di gas e loro reazione.
Il laboratorio sviluppa nuovi protocolli, tecniche analitiche e applicazioni ad hoc, in risposta a nuovi tematiche e sfide della ricerca.
La tabella riassume i rapporti analizzati per tipologia di matrice, la precisione e le quantità minime richieste. Le aliquote minime analizzabili devono contenere almeno 5-20 micromoli di N e/o 10-200 micromoli di C per una singola analisi. Il materiale disponibile per l’analisi deve essere 5 volte la quantità minima analizzabile, omogenizzato e macinato fine (<150 mm). Fanno eccezione le analisi sui silicati, ossidi e minerali idrati, dove si richiede minerali separati.
PROGETTI
Progetto ITINERIS 2022-2025 (Next Generation EU PNRR) “Italian Integrated Environmental Research Infrastructures System” Link
Progetto NHEAT 2023-2025 (PRIN-PNRR 2022) “Natural Hydrogen for Energy trAnsiTion” Link
Progetto STORECO2 2023-2025 (PRIN-PNRR 2022) “Advancing the STORagE of anthropogenic CO2 emissions by understanding natural carbonation systems” Link
Progetto Bilaterale CNR Italia-Corea del Sud 2024-2026
Progetto ICEtoFLUX 2022-2024 (PRA 2021) “HydrologIcal changes in ArctiC Environments and water-driven biogeochemical” Link
Progetto Abreso Belmont Forum 2021-2024 “ABandonment and REbound: SOcietal views on landscape- and land-use change and their impacts on water and soils” Link
Progetto GECO 2018-2023 (Horizon 2020) “Geothermal Emission Gas Control” Link
Progetto Ecopotential 2015-2019 (HORIZON 2020) “Improving future Ecosystem Benefits through earth observations” Link
IODP EXPEDITION 357 “Atlantis Massif Serpentinization and Life” Link
Progetto DESCRAMBLE 2015-2018 (Horizon 2020) “Developing the next generation technologies of renewable electricity and heating/cooling” Link
Progetto IMAGE 2013-2017 (FP7 Europe) “Integrated Methods for Advanced Geothermal Exploration” Link
The Ritmare Flagship Project 2012-2016 (MIUR) “Planning of the Deep Marine Environment and the Open Sea”
Progetto RESPIRA 2009-2013 (POR-FSE Regione Toscana) “REservoir Serpentinitici toscani: da Potenziale Inquinante a Risorsa Ambientale”
INTERESSI SCIENTIFICI
Studio delle interazioni fluido-roccia in contesti oceanici: serpentinizzazione e alterazione di bassa temperatura
Studio dei processi di alterazione idrotermale in sistemi mafici e ultramafici e carbonatazione
Studio del sequestro mineralogico della CO2 in sistemi mafici e ultramafici
Studio della formazione di carbonati in differenti ambienti geodinamici
Studio dei processi di formazione di giacimenti minerari
Studio della formazione di idrogeno geologico
Studio delle temperature di formazione dei minerali della crosta terrestre
Studio del trasporto del carbonio in ambienti terrestri di aree polari e aree remote
Studio delle interazioni tra geo-, bio- e idrosfera (laghi, zone umide, suoli, permafrost) attuali e passati per ricostruzioni ambientali e climatiche.
PUBBLICAZIONI SELEZIONATE
Baneschi I., Giamberini M., Magnani M., Mosca P., Raco B., Vivaldo G., Provenzale A. (2024). Alpine Critical Zone Observations at the Gran Paradiso National Park, Italy. In T. White and A. Provenzale (eds.), Critical Zone and Ecosystem Dynamics, Advances in Critical Zone Science, Springer Nature Switzerland AG 2024.
Dini A., Rielli A., Di Giuseppe P., Ruggieri G., Boschi C. (2024). The Ophiolite-Hosted Cu-Zn VMS Deposits of Tuscany (Italy). Minerals 14 (3), 273.
Curzi M., Aldega L., Billi A., Boschi C., Carminati E., Vignaroli G., Viola G., Bernasconi S.M. (2024). Fossil chemical-physical (dis)equilibria between paleofluids and host rocks and their relationship to the seismic cycle and earthquakes. Earth-Science Reviews, 254, 104801.
Danise S., Giachetti G., Baneschi I, Casalini M., Miniati F., Dominici S., Boschi C. (2024). Sclerochronology of the large scallops Gigantopecten latissimus and Pecten jacobaeus in a Pliocene warmer Mediterranean Sea. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 654, 112429.
Billi A., Smeraglia L., Aldega L., Balsamo F., Barberio M.D., Boschi C., Caracausi A., Carminati E., Iannace A., Mercuri M., Pizzati M., Tavani S. (2023). Dolostone pulverization induced by coseismic rapid decompression of CO2-rich gas in nature (Matese, Apennines, Italy). Earth and Planetary Science Letters, 604, 117996.
Chimenti M., Natali S., Giannecchini R., Zanchetta G., Baneschi I., Doveri M., Isola I., Piccini L. (2023). Hydrogeochemistry and Isotopic Composition of Waters in the Renella Cave (Central Italy): New Insights into Groundwater Dynamics. Water 2023, 15, 1764.
Malinverno E., Bosio G., Gioncada A., Cimò R., Andò S., Mariani L., Coletti G., Boschi C., Gariboldi K., Galimberti L., Bianucci G., Urbina M., Di Celma C. (2023). Laterally-continuous dolomite layers of the Miocene Pisco Formation (East Pisco Basin, Peru): a window into past cyclical changes of the diagenetic environment. Mar. Petrol. Geol., 147, 105977.
Rielli A., Boschi C., Dini A., 2022. Tectonically driven carbonation of serpentinite by mantle CO2: Genesis of the Castiglioncello magnesite deposit in the Ligurian ophiolite of central Tuscany (Italy), Ore geology review, 149,105022, doi.org/10.1016/j.oregeorev.2022.105022.
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Curzi M., Caracausi A., Rossetti F., Rabiee A., Billi A., Carminati E., Aldega L., Bernasconi S.M., Boschi C., Drivenes K., Rizzo A.L., Sørensen B.E. (2022). From Fossil to Active Hydrothermal Outflow in the Back-Arc of the Central Apennines (Zannone Island, Italy). Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 23, e2022GC010474.
De Santis V., Cicala D., Baneschi I., Boschi C., Brignone S., Iaia M., Zaupa S., Volta P. (2022). Non-native fish assemblages display potential competitive advantages in two protected small and shallow lakes of northern Italy. Glob. Ecol. Conserv., 35, e02082.
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Zanchetta G., Baneschi I., Magny M., Sadori L., Termine R., Bini M., Vanniere B., Desmet M., Natali S., Luppichini M., Pasquetti F. (2022). Insight into summer drought in southern Italy: palaeohydrologicalevolution of Lake Pergusa (Sicily) in the last 6700 years. Quaternary Sci., Vol. 37(7) 1280–1293.
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Curzi M., Bernasconi S., Billi A., Boschi C., Aldega L., Franchini S., Albert R., Gerdes A., Barberio M. D., Looser N., Carminati E., 2021. U-Pb age of the 2016 Amatrice earthquake causative fault (Mt. Gorzano, Italy) and paleo-fluid circulation during seismic cycles inferred from inter- and co-seismic calcite. Tectonophysics, 819, doi.org/10.1016/j.tecto.2021.229076
Smeraglia L., Aldega L., Bernasconi S., Billi A., Boschi C., Caracausi A., Carminati E., Franchini S., Rizzo A. L., Rossetti F., Vignaroli G., (2020). The role of trapped fluids during the development and deformation of a carbonate/shale intra-wedge tectonic mélange (Mt. Massico, Southern Apennines, Italy), Journal of Structural Geology, 138:104086, DOI: 10.1016/j.jsg.2020.104086.
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Boschi, C., Bedini, F., Baneschi, I., Rielli, A., Baumgartner, L., Perchiazzi, N., Ulyanov, A., Zanchetta, G., Dini, A. (2020). Spontaneous Serpentine Carbonation Controlled by Underground Dynamic Microclimate at the Montecastelli Copper Mine, Italy. Minerals, 10, 1.
Boretto G., Zanchetta G., Consoloni I., Baneschi I., Guidi M., Isola I., Bini M., Ragaini L., Terrasi F., et al. (2020). Stable Oxygen and Carbon Isotope Composition of Holocene Mytilidae from the Camarones Coast (Chubut, Argentina): Palaeoceanographic Implications. Water, 12(12): 3464.
Curzi, M., Aldega, L., Bernasconi, S.M., Berra, F., Billi, A., Boschi, C., Franchini, S., Van der Lelij, R., Viola, G., Carminati, E., 2020. Architecture and evolution of an extensionally-inverted thrust (Mt. Tancia Thrust, Central Apennines): Geological, structural, geochemical, and K–Ar geochronological constraints, Journal of Structural Geology, 136, art. no. 104059. DOI: 10.1016/j.jsg.2020.104059.
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