03 - 09 - 2019

Element nr. 38, strontium, onmisbaar voor bioarcheologisch onderzoek

Tandglazuur vertelt waar we opgroeiden

In het dagelijks leven kom je strontium het meest tegen in tandpasta voor gevoelige tanden.

Strontium hoort niet bij de meest voorkomende en bekende elementen, maar is zeker ook niet zeldzaam. Het staat op plaats 15 (van de 92) in de ranglijst van meest voorkomende elementen op aarde. We gebruiken wereldwijd nu circa 300 miljoen kilo strontium per jaar. Dat was rond de eeuwwisseling bijna het dubbele, maar de grootste toepassing is het afgelopen decennium zo goed als verdwenen: die in ‘dikke’ kleuren-tv’s. In de nu ouderwetse beeldbuizen zat strontium, en vaak ook lood, om de tv-kijker te beschermen tegen de (geringe hoeveelheid) röntgenstraling die vrijkomt in een kathodestraalbuis.

Een andere, wel nog veelvoorkomende toepassing is in vuurwerk. Strontium geeft de typisch scharlakenrode kleur aan Bengaals Vuur. Het is ook te vinden in glow in the dark-stickers en in de ’s nachts oplichtende nummers of streepjes op de wijzerplaten van een horloge. Strontiumaluminaat (SrAl2O4) vangt energie in als er daglicht op valt en geeft die later weer vrij als witgroenig licht.

In het dagelijks leven kom je strontium wellicht het meest tegen in tandpasta voor gevoelige tanden. Kou, een slok koel water of tandenpoetsen kan pijn opleveren bij blootliggende tandhalzen. Strontiumchloride of strontiumacetaat kan verlichting bieden omdat de stoffen tubuli, kleine kanaaltjes in het tandbeen, afsluiten en zo die signalen richting tandzenuwen voorkomen. Tenminste, het effect lijkt in wetenschappelijke studies maar een fractie boven placebo uit te komen.

 

Plaatsbepaling

Via ons eten en drinkwater krijgen we dagelijks een paar milligram strontium binnen. Het meeste verdwijnt weer uit het lichaam, maar een deel wordt opgenomen in de botten. Want het lijkt zoveel op calcium, het hoofdbestanddeel van kalk, dat je lichaam geen onderscheid maakt. Een volwassene heeft ongeveer een derde gram strontium in zijn of haar lijf.

Dat beetje kan veel informatie opleveren. “Met strontiumanalyse kunnen we vaststellen waar iemand niet vandaan komt”, vertelt bioarcheoloog Lisette Kootker (VU Amsterdam). “En het geeft inzicht in waar iemand wel opgegroeid kan zijn. Maar het heeft zeker niet de precisie van gps.” De plaatsbepaling gebeurt aan de hand van de verhouding tussen twee strontiumisotopen. Forensisch strontiumonderzoek in 2013 bij het Heulmeisje, een van Nederlands bekendste cold cases, maakte bijvoorbeeld duidelijk dat ze – “met 99 procent zekerheid” – niet opgroeide in de buurt van Maarsbergen (waar haar lichaam in 1976 werd gevonden) of elders in Nederland. Het onderzoek wijst wel de Eifel aan als een plek waar ze mogelijk haar eerste levensjaren doorbracht. Kootker: “De Duitse autoriteiten hebben een DNA-verwantschapsonderzoek in die regio toegezegd om mogelijk haar identiteit te achterhalen. Maar wanneer en hoe dat gaat gebeuren is nog onduidelijk.”

Kootker doet vooral archeologisch onderzoek. Ze gebruikte de strontiumtechniek bijvoorbeeld om te onderzoeken of mensen begraven bij de oude Plechelmuskerk in Oldenzaal uit de buurt kwamen. De begraafplaats werd gebruikt van de negende tot de negentiende eeuw. Het antwoord luidde ‘ja’. Slecht 7 procent van de overledenen kwam niet uit de directe omgeving. In het Rivierengebied vond Kootker in grafvelden uit de ijzertijd (800-100 voor Christus) juist weer veel pioniers, mensen die hun jeugd duidelijk elders doorbrachten. “We hebben ook aan kunnen tonen dat een vrouw die daar in een opvallend graf lag, niet uit die regio komt. Haar tandglazuur matcht met de regio in Noord-Frankrijk waar ook enkele grafgiften vandaan lijken te komen. Echt gaaf dat je met deze isotopentechniek iets kunt zeggen over de achtergrond van een lang geleden gestorven onbekend individu.”

Botten, maar vooral tandglazuur, het hardste materiaal in je lijf, zijn geschikt voor een strontiumanalyse. In tegenstelling tot de meeste weefsels, gaat tandglazuur je hele leven mee. Het materiaal wordt niet vernieuwd. Dat betekent dat het calcium en strontium dat in je eerste melkkies, echte kies of verstandskies zit, daar blijft zitten, ook na je dood. En tandglazuur is zo hard dat het eeuwen in de grond intact kan blijven en zelfs een crematie kan ‘overleven’.

 

Vulkaan

Waar iemand opgegroeid is, kan achterhaald worden aan de hand van de verhouding tussen twee strontiumisotopen. Meer dan 80 procent van alle strontiumatomen op aarde telt 38 protonen en 50 neutronen in de kern: Sr-88. Maar er zijn ook twee natuurlijke isotopen: Sr-87 (circa 7 procent) en Sr-86 (circa 10 procent). De precieze verhouding tussen de twee isotopen in gewassen en drinkwater is afhankelijk van het type gesteente in de ondergrond. Vulkanische gebieden hebben een lage waarde, oud gesteente een hogere. Binnen Europa wijst een hoge waarde richting Schotland of Scandinavië, hele lage waarden richting vulkanische gebieden in Frankrijk of Italië.

Voordat voedsel een wereldhandel werd, kwam de verhouding (Sr-87/Sr-86) in je tandglazuur goed overeen met de regio waar je opgroeide, en die in je haar met de regio waar je woonde. Kootker: “Ondertussen is de zaak complexer. Eet je bijvoorbeeld veel Bolletje-beschuit, dan eet je veel graan uit Michigan, met een veel hogere isotoopverhouding dan in Nederland voorkomt. Daar moeten forensisch onderzoekers goed rekening mee houden.”

Kootker stelde tijdens haar promotieonderzoek een eerste historische ‘strontiumkaart’ op voor Nederland aan de hand van archeologische muizentanden. “Het is namelijk een logische aanname dat die muizen heel lokaal hun eten bij elkaar scharrelden.” De kaart telt zes isoscapes: regio’s in Nederland met een eigen isotopenverhouding. Twee delen van Drenthe zijn nog blanco. “Botten degraderen daar zo snel in de grond dat we geen muizentanden vinden.”

De isotoopanalyse gebeurt met massaspectrometrie, nadat het strontium op een kolom gescheiden is van alle andere elementen. “Het is een destructieve techniek, je offert een deel van je materiaal op. Maar je hebt gelukkig meestal slechts een paar milligram nodig”, vertelt Kootker. Zo weinig dat ze ook onderzoekt of resten van beenderen van crematies bruikbaar zijn. Tot 500 voor Christus verbrandden mensen in Nederland hun doden, maar het rotsbeen, het deel van de schedel boven en achter het oor, blijkt soms redelijk intact terug te vinden in crematieresten. Kootker: “Ook daaruit hopen we nu informatie te kunnen halen over de geboorteregio’s van mensen, want ook dat bot vernieuwt zich na het tweede levensjaar niet meer.”


Sr-90 wijst op kernproeven en -rampen

Het strontium in ons tandglazuur geeft ook onze nucleaire geschiedenis prijs. Bij kernexplosies komt strontium-90 vrij, een niet-natuurlijke radioactieve isotoop en een splijtingsproduct van uranium en plutonium. In de jaren 50 en 60, waarin veel kernproeven plaatsvonden, bleken Amerikaanse kinderen vijftig maal meer van het radioactieve strontium in hun melktanden te hebben dan voorheen. Ook de ontploffingen van de reactoren in Tsjernobyl en Fukushima zijn dus hoogstwaarschijnlijk terug te vinden in (melk)kiezen. Omdat Sr-90 kankerverwekkend is en zich in calciumrijke producten kan concentreren, wordt na een kernongeluk (moeder)melk gecontroleerd op aanwezigheid van straling.

 

Schotse vinding

Element nr. 38, strontium, is vernoemd naar het kleine Schotse mijnstadje Strontian. In een loodmijn daar werd een steen gevonden waarin de Ierse arts en chemicus Adair Crawford (1748-1795) samen met de Schotse militair chirurg en scheikundige William Cruickshank (n.b.-1810) het element voor het eerst ontdekte. De Engelse chemicus Sir Humphry Davy (1778-1829) lukte het in 1808 vervolgens om strontium puur in handen te krijgen door elektrolyse.

Zuiver strontium is een reactief, zilver-geelkleurig, zacht materiaal. In lucht ontbrandt het direct en het reageert heftig met water. Qua eigenschappen lijkt strontium erg veel op calcium en barium. De Duitse scheikundige Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) ontdekte dat strontium qua gewicht tussen calcium en barium viel. Later ontdekte hij nog vier andere trio’s van elementen met gelijke eigenschappen en met oplopend gewicht. De trio’s vormden een startpunt voor het opstellen van het periodiek systeem der elementen, waarvan pas zo’n 50 jaar later een eerste versie het licht zag.

Strontium wordt vooral in China, Spanje en Mexico gemijnd, als de mineralen celestien (strontiumsulfaat, SrSO4) en strontianiet (strontiumcarbonaat, SrCO3).

 

 

Het Heulmeisje

Het Heulmeisje werd in 1976 op parkeerplaats De Heul langs de snelweg A12 in Maarsbergen gevonden, naakt en vermoord. Lange tijd werd gedacht dat het om een destijds 18-jarige vermiste vrouw uit de omgeving ging, maar zij dook in 2006 weer op. In 2012 is de moordzaak heropend door een coldcaseteam, dat alle mogelijke nieuwe technieken uit de kast haalde. Het meisje bleek jonger dan gedacht: tussen de 13 en 15 jaar oud. Strontiumanalyse van haar tandglazuur wees uit dat ze in een vulkanisch gebied is opgegroeid. In combinatie met ander onderzoek is nu duidelijk dat ze de eerste zeven jaar hoogstwaarschijnlijk in het gebied tussen de Eifel en het Ruhrgebied heeft gewoond. Daarna woonde ze een aantal jaren in Oost-Europa achter het IJzeren Gordijn, en het laatste jaar waarschijnlijk in Nederland of West-Duitsland. Duitsland heeft toegezegd DNA-verwantschapsonderzoek te starten in een uiterste poging haar identiteit alsnog te achterhalen.

 

 

Nucleaire batterij

Op zeer afgelegen plekken drijven lichtgevende boeien en staan vuurtorens die gevoed worden door een nucleaire batterij op strontium. De energie wordt geleverd door de radioactieve isotoop strontium-99, die in kernreactoren uit uranium of plutonium ontstaat. Het radioactieve Sr-99 zendt continu en jarenlang bètastraling uit, die in de ‘batterij’ (officieel: thermo-elektrische radio-isotopengenerator, RTG) omgezet wordt in stroom. Bètastraling is weinig doordringend en de radioactieve bron is daarom vrij eenvoudig met een aluminium omhulsel af te schermen. Een nucleaire batterij gaat decennialang lang mee. Langs de Russische noordkust houden nog zeker 150 RTG’s uit het Sovjettijdperk boeien en vuurtorens ‘in de lucht’. Al worden ze meer en meer vervangen door zonnepanelen en batterijen die ook weinig onderhoud vragen. Ook in de ruimtevaart worden RTG’s gebruikt, bijvoorbeeld voor de Marslander. De nucleaire batterijen van de NASA werken echter meestal op plutonium, dat duurder is maar meer energie per gram levert.

 

 

 

 


Lees meer over dit onderwerp via de tag(s):

Onderdeel van dossier(s):