- Geochemistry
- Summary
Course Syllabus
Obiettivi
Il corso fornisce una introduzione ai principi fondamentali della Geochimica e si prefigge di spiegare i meccanismi ed i principi chimici alla base dei principali processi geologici, e le interconnessioni con le altre discipline delle Scienze della Terra. Gli studenti acquisiscono le conoscenze per caratterizzare e classificare l’origine degli elementi e degli isotopi, la loro distribuzione nei principali reservoir geochimici e geosfere. Il corso consente di comprendere ed interpretare i processi di frazionamento chimico e isotopico, ed utilizzare elementi e rapporti isotopici quali traccianti dei processi geologici, idrogeologici, petrogenetici e vulcanologici; saranno impartite le conoscenze sui processi di decadimento radioattivo di alcuni radionuclidi e le implicazioni sulla geocronologia ed i principali metodi di datazione utilizzati. Gli studenti sono in grado di ricostruire i cicli geochimici degli elementi nei diversi ambienti e geosfere. Sarà dato un cenno alle metodologie e tecniche analitiche in laboratorio, con delle visite ad alcuni laboratori analitici; inoltre, sarà fornito un cenno alle tecniche di campionamento di fluidi e rocce, ove possibile con una escursione sul campo. Infine, saranno impartite le conoscenze di base sui metodi di visualizzazione ed elaborazione dei dati geochimici.
Il corso fornisce le conoscenze quantitative e modellistiche di base per le successive applicazioni ai processi naturali ed industriali.
Contenuti sintetici
Nozioni di base di Geochimica. Cenni di nucleosintesi e cosmochimica. Evoluzione della Terra. Affinità geochimica degli elementi. Sfere geochimiche. Geochimica dell'atmosfera. Geochimica dei volatili magmatici. Solubilità dei volatili. Degassamento magmatico. Geochimica dell’Idrosfera. Weathering meccanico e chimico. Geochimica della Litosfera. Cicli geochimici. Geochimica degli isotopi stabili. Decadimento radioattivo, cenni di Geocronologia. Geochimica degli isotopi radiogenici. Geochimica dei gas nobili. Cenni sulle applicazioni della Geochimica. Principali metodologie di campionamento acque, gas e rocce e tecniche analitiche. Metodi di visualizzazione ed elaborazione dei dati geochimici.
Programma esteso
Presentazione del corso. Nozioni di base di Geochimica. Sfere geochimiche. Ripasso delle principali proprietà degli elementi in relazione alla loro posizione nella tavola periodica. La struttura interna degli atomi.
Cenni di nucleosintesi e cosmochimica. Evoluzione della Terra.
Affinità geochimica degli elementi, loro influenza sul comportamento geochimico. Sfere geochimiche.
Geochimica dell'atmosfera: genesi, evoluzione e proprietà chimico-fisiche, composizione e struttura attuale.
Geochimica dei volatili magmatici. Classificazione di gas magmatici, vulcanici ed idrotermali. Solubilità dei volatili nei fusi silicatici. Degassamento magmatico. Tecniche di campionamento ed analisi dei gas vulcanici.
Geochimica dell'idrosfera, geochimica delle acque. Equilibri chimici in fase acquosa. Coefficienti di ripartizione. Processi di weathering. Reazioni di ossido-riduzione. Diagrammi Eh-pH. Tecniche di campionamento acque e misura dei parametri chimico-fisici.
Geochimica della litosfera. Composizione chimica della Terra solida: Nucleo, Mantello e Crosta. Classificazione degli elementi. Elementi maggiori ed in tracce. Diagrammi classificativi. Coefficienti di ripartizione.
Geochimica degli isotopi stabili (H, O, C, N, S). Notazione delta, fattore di frazionamento e di arricchimento. Standard internazionali. Frazionamenti isotopici. Processo di evaporazione e condensazione: l'esempio degli oceani e delle piogge. Composizione isotopica delle precipitazioni, retta meteorica mondiale. Cenni ai cicli geochimici di alcuni elementi.
Cenni di geocronologia. Meccanismi di decadimento radioattivo, equazione generale del decadimento radioattivo. Principali metodi geocronologici.
Geochimica degli isotopi radiogenici come traccianti petrogenetici.
Geochimica dei gas nobili. Coefficienti di ripartizione. Classificazione nei principali reservoir geochimici e geosfere.
Cenni sulle applicazioni della Geochimica.
Metodi di visualizzazione ed elaborazione dei dati geochimici.
Prerequisiti
Chimica
Modalità didattica
Lezioni frontali (7 CFU)
Laboratorio (0.5 CFU)
Esercitazione (0.5 CFU)
Materiale didattico
Dispense fornite dal docente
TESTI
W.M. White, Geochemistry
McSween H.Y., Richardson S.M. Jr., Uhle M.E., Geochemistry (Pathways and Processes)
Walker M., Quaternary Dating Methods, Wiley
A. Longinelli, S. Deganello, Introduzione alla Geochimica
Ozima M. & Podosek F.A. (2002), Noble Gas Geochemistry, Cambridge University
Burnard P., The Noble Gases as geochemical tracers, Springer
Dongarrà G. & Varrica D. (2004) “Geochimica e ambiente” EDISES
Faure G. (1998), Principles and Applications of Geochemistry
Krauskopf K.B. & Bird, D. K., Introduction to Geochemistry, 1995. McGraw-Hill International Editions.
J. Hoefs, Stable isotope Geochemistry
C.J. Allègre, Isotope Geology
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Modalità dell’esame:
Esame orale che consiste in un colloquio sugli argomenti svolti durante il corso. L'esame è composto da non meno di tre domande aperte, di cui la prima è un argomento del programma a scelta dello studente. Il docente valuterà la conoscenza ed approfondimento dei concetti, la capacità di collegare gli argomenti, la chiarezza espositiva, l'utilizzo di un linguaggio appropriato alla materia, l’impegno profuso nella preparazione dell’esame.
Valutazione dell’esame:
Voto in trentesimi
Orario di ricevimento
Contattare il docente via email: andrealuca.rizzo@unimib.it
Aims
The course introduces to the fundamental principles of Geochemistry and aims to explain the chemical mechanisms and principles underlying the main geological processes, and the interconnections with the other disciplines of Earth Sciences. Students acquire the knowledge to characterize and classify the origin of elements and isotopes, and their distribution in the main geochemical reservoirs and geospheres. The course allows understanding and interpreting the processes of chemical and isotopic fractionation processes, and the use of elements and isotopic ratios as tracers of geological, hydrogeological, petrogenetic, and volcanological processes. Knowledge of some radionuclides' decay processes, their implications on geochronology, and the main dating methods used will be imparted. Students are able to reconstruct the geochemical cycles of the elements in different environments and geospheres. A nod will be given to analytical methodologies and techniques in the laboratory, with visits to the available analytical laboratories; in addition, an overview of fluid and rock sampling techniques will be provided, where possible with a field trip. Finally, basic knowledge of geochemical data visualization and processing methods will be imparted.
The course provides basic quantitative and modelling knowledge for subsequent applications to natural and industrial processes.
Contents
Basic notions of Geochemistry. Fundamentals of nucleosynthesis and cosmochemistry. Evolution of the Earth. Geochemical affinity of the elements. Geochemical spheres. Geochemistry of the atmosphere. Geochemistry of magmatic volatiles. Volatile solubility. Magmatic degassing. Geochemistry of the Hydrosphere. Mechanical and chemical weathering. Geochemistry of the lithosphere. Geochemical cycles. Geochemistry of stable isotopes. Radioactive decay, basics of Geochronology. Geochemistry of radiogenic isotopes. Geochemistry of noble gases. Main water, gas and rock sampling methodologies and analytical techniques. Methods of visualization and processing of geochemical data. Notes on the applications of Geochemistry.
Detailed program
Presentation of the course. Basic notions of Geochemistry. Geochemical spheres. Review the elements' main properties in relation to their position in the periodic table. The internal structure of atoms.
Fundamentals of nucleosynthesis and cosmochemistry. Evolution of the Earth.
Geochemical affinity of the elements, their influence on geochemical behaviour. Geochemical spheres.
Geochemistry of the atmosphere: genesis, evolution and chemical-physical properties, current composition and structure.
Geochemistry of magmatic volatiles. Classification of magmatic, volcanic and hydrothermal gases. Solubility of volatiles in silicate melts. Magmatic degassing. Sampling techniques and analysis of volcanic gases.
Geochemistry of the hydrosphere, geochemistry of waters. Chemical equilibria in the aqueous phase. Partition coefficients. Weathering processes. Oxidation-reduction reactions. Eh-pH diagrams. Water sampling techniques and measurement of chemical-physical parameters.
Geochemistry of the lithosphere. Chemical composition of the solid Earth: Core, Mantle and Crust. Element classification. Major and trace elements. Classification diagrams. Partition coefficients.
Geochemistry of stable isotopes (H, O, C, N, S). Delta notation, fractionation and enrichment factor. International standards. Isotopic fractionations. Evaporation and condensation process: the example of oceans and rains. Isotope composition of precipitation, world meteoric line.
Basics of geochronology. Mechanisms of radioactive decay, general equation of radioactive decay. Main geochronological methods.
Geochemistry of radiogenic isotopes as petrogenetic tracers.
Geochemistry of noble gases. Partition coefficients. Classification in the main geochemical reservoirs and geospheres.
Notes on the applications of Geochemistry.
Methods of visualization and processing of geochemical data.
Prerequisites
Chemistry
Teaching form
Lectures (7 CFU)
Laboratory (0.5 CFU)
Exercise (0.5 CFU)
Textbook and teaching resource
Slides provided during the lessons
BOOKS
W.M. White, Geochemistry
McSween H.Y., Richardson S.M. Jr., Uhle M.E., Geochemistry (Pathways and Processes)
Walker M., Quaternary Dating Methods, Wiley
A. Longinelli, S. Deganello, Introduzione alla Geochimica
Ozima M. & Podosek F.A. (2002), Noble Gas Geochemistry, Cambridge University
Burnard P., The Noble Gases as geochemical tracers, Springer
Dongarrà G. & Varrica D. (2004) “Geochimica e ambiente” EDISES
Faure G. (1998), Principles and Applications of Geochemistry
Krauskopf K.B. & Bird, D. K., Introduction to Geochemistry, 1995. McGraw-Hill International Editions.
J. Hoefs, Stable isotope Geochemistry
C.J. Allègre, Isotope Geology
Semester
II semester
Assessment method
Oral exam consisting of an interview on the topics developed during the course. The exam consists of at least three open questions, the first of which is a topic of the program chosen by the student. The teacher will evaluate the knowledge and deepening of the concepts, the ability to connect the topics, the expository clarity, the use of a language appropriate to the subject, and the commitment made to prepare for the exam.
Vote out of thirty
Office hours
To make an appointment, please write to andrealuca.rizzo@unimib.it