Pogosta vprašanja in odgovori

ERA Katedra je oblika aktivnosti v okviru 7. okvirnega programa s področja raziskav in inovacij. 

Izotopi so atomi istega elementa, ki imajo enake kemijske lastnosti, a različno maso zaradi različnega števila nevtronov v jedru. Od 92 naravnih elementov jih ima 26 en sam stabilni izotop (na primer natrij, aluminij, fosfor ali zlato), večina pa ima dva ali več stabilnih izotopov (na primer vodik, žveplo, kalcij ali železo).

Stabilni izotopi so tisti, ki ne razpadajo, torej ne oddajajo ionizirajočega sevanja v okolje. Kot stabilne izotope štejemo tudi tiste radioaktivne izotope, ki razpadajo tako počasi, da njihove preobrazbe in oddanega sevanja z opremo, ki je danes ne voljo, ne moremo zaznati.

“Težki izotopi” so tisti stabilni izotopi, ki imajo večjo maso kot najbolj razširjeni izotop istega elementa. Na primer, kisik-18 (^18O) štejemo za težki kisik, v primerjavi z najbolj razširjenim kisikom-16 (¹⁶O). Težki izotopi niso nevarni – razen, seveda, pri strupenih elementnih: težki in lahki kadmij sta enako strupena.

Seveda. So naravni – v vsaki rastlini ali živali ali človeku najdemo naravne težke izotope žvepla, dušika, ogljika, kisika, vodika itd. V telesu odraslega človeka je več kot 200 g naravnih težkih izotopov. Ker se pojavljajo v prav vseh okoljih na Zemlji, smo nanje prilagojeni in so v naravnih koncentracijah povsem neškodljivi za rastline, živali in ljudi.

Ne povsem. Razlike v razmerjih stabilnih izotopov so majhne, a lahko merljive s sodobno analizno opremo.

Načeloma je najbolj enostavni način za podajanje izotopske sestave elementov v atomskih deležih (odstotkih). Na primer, okoli 1 % vsega ogljika na Zemlji predstavlja težki ogljik (¹³C); okoli 0,36 % vsega dušika je težki dušik (¹⁵N). Razlike v porazdelitvi težkih in lahkih izotopov nekega elementa med različnimi rezervoarji (npr. kisika v vodi in rastlinah; ali dušika med plenilci in njihovim plenom) ali okoli so po navadi tako majhne, da bi jih bilo nepraktično izražati v atomskih % ali razmerjih (npr. ¹⁸O/¹⁶O ali ¹³C/¹²C). Zato uporabljamo relativno δ (delta) vrednost, ki predstavlja relativno razliko med razmerjema med težkim in lahkim izotopov v vzorcu in referenčnem materialu. Izražamo jo v promilih (‰). Če je δ vrednosti dušika (δ¹⁵N) enaka 0, to ne pomeni, da v vzorcu ni težkega dušika, pač pa, da ga je v vzorcu enako veliko kot v referenčnem materialu. Če je δ vrednost pozitivna, je v vzorcu več težkega dušika, če je negativna, pa manj kot v referenčnem materialu. Referenčni materiali so spojine, ki imajo izotopsko razmerje kolikor se da podobno poprečnemu razmerju težkega proti lahkemu izotopu tega elementa v naravi. Tako je referenčni material za kisik oceanska voda, za dušik pa zrak. Po definiciji je δ vrednosti referenčnih materialov enaka 0 ‰.

Na kratko – izotopska frakcionacija je razlika v izotopskem razmerju, ki nastane med reakcijo med reaktanti in produkti. Do nje pride tako pri kemijskih reakcijah (oksidaciji, raztapljanju) ali med faznimi premenami (taljenje, izparevanje, rekristalizacija itd.).

V vsaki kemijski ali fizikalni reakciji, na primer med oksidacijo ali izparevanje, lahki izotopi reagirajo malenkost hitreje kot težki izotopi. Vezi v molekuli ali kristalu med lahkimi ioni (atomi) nihajo z nekoliko višjo frekvenco kot vezi med težkimi ioni ali atomi, zato so manj trdne in se hitreje cepijo. Produkti reakcije torej, vsaj na začetku, vsebujejo več lahkih izotopov kot reaktanti. Zaradi tega nekatere snovi v naravi vsebujejo več težkih izotopov kot druge (pravimo, da so obogatene s težkim izotopom), seveda pa je ta obogatitev odvisna od reakcijske poti, se pravi načina nastanka.

Lep primer je fotosinteza: rastline hitreje privzemajo lahki ogljik (¹²C) kot težkega (¹³C), zato so obogatene z lahkim ogljikom v primerjavi z zračnim CO₂. Do izotopske frakcionacije pride tudi med izparevanjem in kondenzacijo, ali med izotopsko izmenjavo (na primer med vodo v jezeru in zračno vlago).

Izotopski in/ali elementni odtis je kombinacija δ vrednosti enega ali več elementov in/ali razmerij posameznih elementov in/ali drugih merjenih parametrov, ki je značilna za neko spojino (ali rastlino, kamnino, tla, vodo iz določenega vira….).

Vsi organizmi privzemajo hranila in druge elemente iz okolja, v katerem rastejo. Ker posamezne elemente, njihove ionske oblike in izotope privzemajo laže oz. hitreje kot druge, elementna in izotopska razmerja v rastlini seveda običajno niso enaka kot v tleh, zraku ali vodi, so pa značilna za določeno rastlino v določenem okolju. Rastline in živali iste vrste v različnih okoljih živijo v različnih razmerah, kar se tiče temperature, vlage, sončnega sevanja, sestave tal in virov hrane. Zato je lahko njihova izotopska in elementna sestava nekoliko različna, kar pa seveda ne velja za vse elemente in izotope. Če analiziramo izotopsko sestavo enega samega elementa, npr. dušika, v divjih in gojenih školjkah, govorimo o izotopski sestavi. Če pa določimo izotopsko sestavo dveh ali več izotopov (poleg dušika tudi ogljika in žvepla), potem kombinacija njihovih δ vrednosti (δ¹³C, δ¹⁵N in δ³⁴S) predstavlja izotopski odtis školjk. Po vsej verjetnosti se bodo pri vsaj enem od elementov se pojavile dovolj velike razlike v izotopski sestavi, tako da bomo lahko določili lokacijo rasti školjke. Vseeno pa samo izotopska sestava za določanje geografskega porekla pridelkov vedno ne zadošča; poleg izotopske sestave zato za identifikacijo uporabljamo tudi elementno sestavo oziroma razmerja med posameznimi elementi, ali izotopsko in elementno sestavo posameznih spojin v organizmu. V nekaterih primerih moramo iti še dlje in natančno določiti mesto nekega izotopa v molekuli (npr. devterija – težkega vodika – v molekuli etanola v vinu). 

Ne. Pri vsakem procesu v vodnem krogu – izparevanju vode iz oceana, kondenzacije zračne vlage v oblakih, izotopske izmenjave med vodno kapljico in zračno vlago, ko ta iz oblakov pada na zemeljsko površino – pride tudi do izotopske frakcionacije kisika in vodika. Izotopska sestava padavin je tko odvisna od več dejavnikov, npr. nadmorske višine, oddaljenosti od oceana, vira vodne pare, geografske širine in temperature. V splošnem δ²H in δ¹⁸O vrednosti padavin postajajo bolj negativne z oddaljenostjo od oceana in z nadmorsko višino, se pa tudi sezonsko spreminjajo. Pozimi pri nižji temperaturi so nižje, poleti pa višje. Vsako območje ima torej značilno območje δ vrednosti padavin, vseeno pa ne obstaja splošna formula, po kateri bi jih lahko izračunali za prav vsako točko na Zemlji.

Natančnih δ vrednosti padavin za prav vsako mesto na Zemljo ne vemo. Mednarodna agencija za atomsko energijo (IAEA) in Svetovna meteorološka organizacija (WMO) sta vzpostavili bazo podatkov o izotopski sestavi padavin (GNIP – Global Network of Isotopes in Precipitation). Trenutno jo upravlja IAEA na Dunaju in zbira podatke s stotin meteoroloških postaj po svetu. Večinoma gre za postaje nacionalnih meteoroloških ali drugih organizacij, ki prostovoljno in na lastne stroške posredujejo podatke o poprečnih mesečnih temperaturah, količini in vrsti padavin, izotopski sestavi (vrednosti δ²H in δ¹⁸O) in aktivnosti tritija (³H, radioaktivni vodik) v padavinah. Slovenija trenutno posreduje podatke o izotopski sestavi padavin na opazovalnicah v Ljubljani in Postojni.

Ministrstvo za kmetijstvo razlaga takole:

Pri ekološkem kmetovanju (v tujini se uporablja izraz »organic production«) se ne smejo uporabljati lahko topna mineralna gnojila in sintetični proizvodi, bodisi gnojila, škropiva ali dodatki za pospeševanje rasti. Za izboljšanje pridelka v ekološki pridelavi tako pridejo v poštev naravna gnojila in »zeleno gnojenje«, kolobarjenje, mehansko (ročno) odstranjevanje plevela in škodljivcev in uporaba naravnih sredstev proti škodljivcem in boleznim. Tudi za ekološko živinorejo in čebelarjenje veljajo zelo strogi predpisi glede minimalne površine, ki jo morajo imeti živali na razpolago v hlevu, dostopa do hrane in vode, vrste hrane, upoštevanja naravnega vedenja živali (paša poleti, socialni stiki živali….. ), zdravstvene oskrbe itd. Biodinamična pridelava hrane je v tudi ekološka, le da poleg prepovedi sintetičnih pripravkov in razkužil upošteva še vplive lune in kozmičnih energij. Zakonodaja se s to obliko pridelave posebej ne ukvarja, je pa med pridelovalci in potrošniki vse bolj popularna. Ekološko pridelana hrana je v trgovinah označena z zeleno oznako EU, lahko tudi nacionalno oznako države, v kateri je bila pridelana; ekološko pridelana slovenska hrana nosi slovenski certifikat Biodar. Ekološko pridelana hrana po biodinamičnih načelih nosi certifikat Demeter.

Več informacij:

http://www.mkgp.gov.si/si/delovna_podrocja/promocija_lokalne_hrane/lokalno_pridelana_zelenjava/nacini_pridelave/

Integrirana pridelava je naravi precej bolj prijazna od konvencionalne, a omejitve niso tako stroge kot pri ekološki pridelavi. Od leta 2014 naj bi se preusmerila v ekološko, saj je bila to nacionalna (slovenska) shema, ki ima manj omejitev od ekološke pridelave. Tako na primer dopušča uporabo mineralnih gnojil, a gnojenje količinsko omejuje in prepoveduje gnojenje izven rastnega obdobja, zahteva pa redni nadzor hranil v tleh in dognojevanje po potrebi. Dopušča hidroponski način pridelave v zaprtem krogotoku in pridelavo v rastlinjakih. Dovoljena je uporaba fitofarmacevtskih sredstev registriranih za integralno pridelavo, a so količine strogo omejene.

V shemo ekološke in integrirane pridelave se pridelovalci lahko vključijo, če izpolnjujejo v zakonu določene pogoje in so pod stalnim nadzorom inšpektorata za kmetijstvo.

Več informacij:

http://www.mkgp.gov.si/si/delovna_podrocja/kmetijstvo/integrirana_pridelava/